El momento dipolar eléctrico del electrón y la búsqueda de la supersimetría

Dibujo20131113 schematic of the apparatus - collimated pulse ThO enters magnetically shielded region - arxiv org

La distribución de carga del electrón es la esfera más perfecta que se ha logrado medir. En 2011 se publicó en Nature que el momento dipolar eléctrico del electrón es |d|<10,5 × 10−28 e cm, al 90% C.L. Un nuevo artículo rebaja esta límite en un orden de magnitud, a tan sólo |d| < 8,7 × 10−29 e cm, también al 90% C.L. No sé si el nuevo resultado acabará siendo aceptado en Nature, pero es muy interesante ya que muchas extensiones del modelo estándar que incorporan violaciones de la simetría CP (o de la simetría T) predicen un momento dipolar eléctrico del electrón entre 10−27 > |d| > 10−30 e cm, con lo que el nuevo resultado restringe bastante dichas teorías (entre ellas, la supersimetría a baja energía, en la escala electrodébil que explora el LHC). En cierto sentido el nuevo artículo es un nuevo revés para la búsqueda de la supersimetría en el LHC (aunque en rigor aún queda hueco libre). El nuevo artículo técnico es ACME Collaboration, “Order of Magnitude Smaller Limit on the Electric Dipole Moment of the Electron,” arXiv:1310.7534 [physics.atom-ph], 07 Nov 2013. El artículo técnico con la estimación anterior es J. J. Hudson et al., “Improved measurement of the shape of the electron,” Nature 473: 493–496, 26 May 2011. Más información en Clara Moskowitz, “Electron appears spherical, squashing hopes for new physics theories,” Nature News, 13 Nov 2013 [SciAm 11 Nov 2013].

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Polémica observación de iones pesados en un chorro relativista

Dibujo20131113 Residuals continuum modelling X-ray spectra - Baryons relativistic jets stellar-mass black-hole candidate - nature com

Los agujeros negros con disco de acreción emiten chorros relativistas, tanto en sistemas binarios de masa estelar como en el centro de las galaxias. Sabemos que estos chorros contienen electrones ultrarrelativistas, pero como deberían ser neutros además tienen que emitir partículas de carga positiva; podrían ser positrones (inobservables desde la Tierra) o núcleos atómicos pesados (materia bariónica). Hasta ahora no se han observado estos iones pesados en los chorros.

María Díaz Trigo (Agencia Europea del Espacio, ESA) y varios colegas publican en Nature lo que podría ser la primera observación de materia bariónica en el chorro relativista de un agujero negro de masa estelar, en concreto en el sistema binario llamado 4U 1630-47, gracias al telescopio espacial XMM-Newton de la ESA (observación difícil que ha sido confirmada por el ATCA, Australia Telescope Compact Array). La línea de emisión más fuerte se encuentra a 7,28 keV, siendo muy delgada (su anchura es de 0,17 ± 0,05 keV); los autores afirman que lo más plausible es que esté asociada a hierro (Fe) altamente ionizado en un chorro relativista que se mueve a una velocidad mayor de 0,3 c (un tercio de la velocidad de la luz) con una inclinación relativa en dirección a la Tierra menor de 73°, es decir, que esta línea de emisión está desplazada al azul. También se observa una línea de emisión a 8,14 keV que parece asociada a níquel (Ni) altamente ionizado, pero que debería ser una línea desplazada al rojo. También se ha observado una señal que podría ser otra línea del hierro desplazada al rojo.

Por supuesto, esta observación y su interpretación son muy especulativas y generarán bastante polémica. Muchos expertos dudarán de este resultado hasta que no se repita de forma independiente dicha observación en otras fuentes binarias de rayos X. Todo el mundo espera que haya bariones en los chorros y quizás los autores del estudio han interpretado los resultados con un fuerte sesgo cognitivo. Sólo el tiempo dirá si se confirma esta observación o se necesita una interpretación alternativa.

El polémico artícuo técnico es María Díaz Trigo et al., “Baryons in the relativistic jets of the stellar-mass black-hole candidate 4U 1630-47,” Nature, AOP 13 Nov 2013. Por cierto, en español también puedes leer “Los chorros de los agujeros negros se mueven a dos tercios la velocidad de la luz,” Europa Press, 13 Nov 2013.

Francis en “Divulgación, Ciencia y Empresa” (Facultad de Ciencias, Universidad de Málaga)

Dibujo20131112 divulgacion ciencia y empresa - sombradoble - poster

El aula Q1 de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Málaga tiene historia en la divulgación española. En el año 1985, después de las vacaciones de Semana Santa, tras la mudanza desde la antigua facultad de la Misericordia, el primer alumno de Química que la pisó fue el gran divulgador científico César Tomé (@EDocet). Sombra Doble (@SDciencia/@carlosmguevara) organiza el próximo jueves a las 11:30 horas un evento de divulgación científica en el que participamos Enrique F. Borja (@Cuent_Cuanticos), de la Universidad de Sevilla, Antonio José Osuna Mascaró (@BioTay), de la Universidad de Granada, y un servidor (que, por cierto, echaremos de menos a César). Además intervendrán ponentes de varias empresas de I+D del PTA. ¿Te lo vas a perder? Yo no.

Dibujo20131112 divulgacion a traves de los blogs - fisrt slide talk

Mi charla mañana será sobre “Divulgación a través de los blogs” (será similar a la que impartí en la Bienal de la Real Sociedad Española de Física este pasado verano). El objetivo, tratar de motivar a los asistentes (estudiantes y profesores en su mayoría) a que divulguen, así como recomendarles los blogs como la mejor forma de hacerlo.

Programa Definitivo

11:30 – 12:30     La divulgación en las aulas

– Francisco Villatoro (@emulenews)

– Enrique F. Borja (@cuent_cuanticos)

– Antonio José Osuna Mascaró (@biotay)

12:30 – 12:45    Descanso12:45 – 13:30    La ciencia en la empresa

– Servicio cooperación empresarial y promoción del empleo UMA

– Javier Porta Pelayo (Genoclinics)

– José María Iglesias (@Brain_dynamics)

– Carlos Martín Guevara (@SDciencia)

13:30 -14:00   Mesa redonda. Cara a Cara “Divulgación y emprendimiento de la ciencia”

Conferencia en Málaga: “Lo que sabemos que no sabemos sobre el big bang”

Dibujo20131112 conference cover slide - lo que sabemos que no sabemos sobre el big bang - francis

Por supuesto, mi conferencia divulgativa, dirigida a un público general, hoy a las 20:00 horas en la Sala Cajamar (Alameda Principal 9, esquina con calle Córdoba), Málaga, no tendrá nada que ver con la popular sitcom de humor. “Hablaré acerca de lo que se conoce y se desconoce sobre el universo primordial y de cómo las físicas del macrocosmos y del microcosmos se enzarzan en desentrañar el misterio de su evolución temprana.” La entrada es libre hasta completar aforo. Organizan la Sociedad Malagueña de Astronomía y la Universidad de Málaga. Lo siento, no habrá streaming, pero prometo escribir un artículo para el Journal of Feel Synapsis con un resumen de la charla.

Dibujo20131113 Francis - Sala Cajamar - Malaga

La Sala Alameda Cajamar estuvo casi llena y, por los comentarios tras la charla, parece que dejé un buen sabor de boca y ganas de saber más. Esta foto a mitad de la charla es de Cajamar Caja Rural ‏(@Cajamar) y la siguiente foto ya en el turno de preguntas es de Isaac Lozano (‏@_d3n3b_).

Dibujo20131113 last slide - Francis - Sala Cajamar - Malaga

Un láser de Josephson capaz de emitir un solo par de Cooper

Dibujo20131111 detailed emission spectra - single-cooper-pair josephson laser

Los pares de Cooper en un superconductor son parejas de electrones que se comportan como bosones; el estado superconductor es un condensado de Bose-Einstein de los pares de Cooper. Como son bosones, se puede diseñar un láser de pares de Cooper, llamado láser Josephson. Lei Chen (Universidad de Darmouth, Hanover, New Hampshire, EEUU) y sus colegas han logrado fabricar un láser de Josephson capaz de emitir un solo par de Cooper. Una fuente de pares de Cooper  uno a uno. Un láser Josephson se basa en introducir un transistor de pares de Cooper (CPT) en una cavidad resonante (CPW), donde los pares de Cooper pueden interaccionar con fotones de forma coherente. El CPT tiene dos estados, |0> que corresponden al estado fundamental de los pares de Cooper y |1> que es el estado excitado con un solo par de Cooper. Cuando se ajusta la frecuencia de resonancia de la cavidad óptica de forma adecuada, el acoplo entre fotones y pares de Cooper conduce a la emisión de forma periódica pares de Cooper individuales mediante la transición |1> → |0>. El nuevo láser promete aplicaciones fotónicas, como la generación de fotones de incertidumbre mínima en amplitud (llamados “comprimidos” o squeezed) y para el estudio básico de la dinámica cuántica de los sistemas no lineales. El artículo técnico es Fei Chen et al., “A Single-Cooper-Pair Josephson Laser,” arXiv:1311.2042 [cond-mat.supr-con], 08 Nov 2013.

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Francis en #rosavientos: El meteoro de Cheliábinsk, el asteroide con seis colas y las exotierras de Kepler

Dibujo20131109 Russian meteorite picture - kostanai - kazakhstan - nasha gazeta newspaper

Ya puedes oír el audio de mi sección Eureka, en La Rosa de los Vientos, de Onda Cero, siguiendo este enlace. Como siempre una transcripción libre y algunos enlaces.

Esta semana se han publicado nuevos datos sobre el meteoro que cayó en Rusia el pasado 15 de febrero en Cheliábinsk. ¿Qué novedades hay sobre este meteoro? Ya comenté en su momento en Eureka los datos iniciales sobre su trayectoria y la estimación mediante infrasonidos de su masa. Estos datos preliminares han sido revisados esta semana por dos artículos publicados en Nature y un artículo publicado en Science. El meteoro que impactó en Cheliábinsk tenía una masa entre 12.000 y 13.000 toneladas métricas, casi el doble de lo que se estimó en su momento, impactó en la parte superior de la atmósfera a una velocidad de unos 19 km/s, más de 50 veces la velocidad del sonido en esa región de la atmósfera, liberando una energía de unos 500 kilotones de TNT, que por fortuna fue, en gran parte, absorbida por la atmósfera (lo que minimizó los daños, aunque llevó al hospital por lesiones leves a 1.200 personas).

Desde el impacto de Tunguska en 1908, la Tierra no había sido testigo una colisión espacial tan destructiva. El meteoro se fracturó en miles de pedazos a una altura entre 30 y 45 km  El 75% de la masa del asteroide se vaporizó, mientras que el resto se convirtió en polvo. Sólo el 0,05% (unas 4 o 6 toneladas) sobrevivió a la explosión y cayó al suelo en forma de meteoritos. Sólo se han encontrado unos pocos meteoritos en tierra, el mayor de los cuales, con 600 kg de masa, formó un agujero circular en el hielo de la superficie del lago Chebarkul, a 60 km al suroeste de Cheliábinsk y acabó en el fondo del lago desde donde ha sido recuperado para su estudio. Los nuevos análisis de todos los datos recabados sobre este meteoro nos dan mucha información sobre este tipo de sucesos y nos permite estimar la probabilidad de futuros sucesos similares.

Más información en este blog en “Los últimos datos sobre el meteoro de Chelyabinsk,” LCMF, 7 Nov 2013. Los tres artículos técnicos son Jiří Borovička et al., “The trajectory, structure and origin of the Chelyabinsk asteroidal impactor,” Nature, AOP, 06 Nov 2013; P. G. Brown et al., “A 500-kiloton airburst over Chelyabinsk and an enhanced hazard from small impactors,” Nature, AOP 06 Nov 2013; y Olga P. Popova et al., “Chelyabinsk Airburst, Damage Assessment, Meteorite Recovery, and Characterization,” Science, AOP 07 Nov 2013 [DOI].

En español te recomiendo leer a Alicia Rivera, “El superbólido ruso alcanzó un brillo aparente de 30 veces el Sol,” El País, 6 Nov 2013, Teresa Guerrero, “El riesgo de meteoritos peligrosos es 10 veces más alto de lo que se creía,” El Mundo, 7 Nov 2013, José Manuel Nieves, “La otra mitad del meteorito de Chelyabinsk está aún ahí arriba,” ABC, 6 Nov 2013, y “El asteroide que explotó sobre los cielos rusos mandó a más de 1.200 personas al hospital,” Agencia SINC, 7 Nov 2013.

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La búsqueda de las axiones como candidatos a materia oscura

Dibujo20131108 admx achieved and projected sensitivity - admx collab

Sabemos que la materia oscura existe, pero no sabemos lo que es. La búsqueda de partículas WIMP no ha tenido éxito en las últimas décadas. Un candidato alternativo son los axiones, unas partículas superligeras predichas por la cromodinámica cuántica. Los axiones son una predicción teórica del modelo estándar y permiten explicar la materia oscura fría sin necesidad de física más allá del modelo estándar. El año pasado se inició el experimento de búsqueda de los axiones llamado ADMX (Axion Dark Matter Experiment) en el Centro de Física Nuclear Experimental y Astrofísica de la Universidad de Washington. La colaboración ADMX nació en 1996 en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en California, pero en 2010 se mudó de Livermore a Washington, junto con su director Leslie Rosenberg (el experimento es un cilindro de 4 metros de longitud fácilmente transportable por carretera). Se espera que en los próximos años el experimento ADMX descubra o descarte de forma definitiva la existencia de los axiones. Nos lo cuenta Adrian Cho, “Dark Matter’s Dark Horse,” Science 342: 552-555, 1 Nov 2013.

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Algunos artículos de Física en Nature Communications

Dibujo20131108 Setup and thermometry of a noise-driven cantilever - ncomms3624-f1

Una barra en voladizo (fija por un extremo) es el prototipo de los sistemas micromecánicos para la medida ultrasensible de masas y de fuerzas en la nanoescala. Este sistema presenta una resonancia estocástica que hace que su movimiento oscilatorio bifurque entre dos estados estables en respuesta a un ruido blanco (biestabilidad debida a una amplificación paramétrica). Este fenómeno permite usar este sistema micromecánico para medir señales muy débiles incluso en un medio ambiente muy ruidoso.

Dibujo20131108 Bistable frequency response lines of the cantilever measured at room temperature - nature commEl artículo técnico, para los interesados en los detalles, es Warner J. Venstra, Hidde J. R. Westra, Herre S. J. van der Zant, “Stochastic switching of cantilever motion,” Nature Communications 4: 2624, 31 Oct 2013 (ver también Warner J. Venstra et al., “Mechanical stiffening, bistability, and bit operations in a microcantilever,” arXiv:1011.1309 [cond-mat.mes-hall]).

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¿Existe algo totalmente impredecible en la Naturaleza?

Dibujo20131108 source S produces sequence of imperfect random bits - randomness amplification produces a new source of perfect random bits - ncomms3654-f1

Antonio Acín (ICFO/ICREA, Barcelona, ​​España) y varios colegas responden a esta pregunta en un artículo en Nature Communications que presenta un protocolo cuántico para amplificar la aleatoriedad de los eventos naturales que sean aleatorios para hacerlos completamente aleatorios. El artículo no demuestra que estos eventos existan en la Naturaleza, pero introduce la siguiente dicotomía: o bien nuestro universo es completamente determinista, o bien existen eventos naturales que son totalmente aleatorios. Todo el mundo sabe que la física clásica es totalmente determinista (aunque el caos determinista limita su predictibilidad) y que la física cuántica permite lo aleatorio, aunque ello no implica la existencia de cualquier forma de aleatoriedad en la Naturaleza. El problema de distinguir entre (pseudo)aleatoriedad y aleatoriedad completa puede parecer de interés sólo para los filósofos, pero también es importante desde un punto de vista práctico, pues los bits aleatorios son útiles en muchas aplicaciones (protocolos criptográficos, juegos de azar o simulación numérica de sistemas físicos y biológicos). El artículo técnico es Rodrigo Gallego et al., “Full randomness from arbitrarily deterministic events,” Nature Communications 4: 2654, 30 Oct 2013 (arXiv:1210.6514 [quant-ph]).

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Los físicos de partículas también son cazatesoros de antiguos naufragios

Dibujo20131107  lead ingots from 2000-year-old Roman wrecks - science mag
Mucha gente no lo sabe, pero los físicos de partículas dedicados a la búsqueda de la materia oscura buscan con tesón en los restos de antiguos naufragios unos tesoros de gran valor; bueno, de gran valor para ellos, pues el resto de los cazatesoros no los valoran en demasía, pues buscan el plomo utilizado como lastre en los barcos hundidos hace más de 2.000 años. Los físicos de CDMS (Cryogenic Dark Matter Search) en la mina de Soudan, Minnesota, y CUORE (Cryogenic Underground Observatory for Rare Events) en L’Aquila, Italia, se encuentran con un problema, a los arqueólogos submarinos no les gusta que haya que fundir lingotes de plomo de hace 2.000 años, aunque sea para construir blindajes contra la radiación (el plomo actual es radiactivo porque tiene pequeñas cantidades de plomo-210, isótopo radiactivo que tiene una vida media de 22,3 años). ¿Moralmente es correcto fundir objetos de plomo que forman parte del pasado de la humanidad? Por el momento no hay mucho debate, pero quizás pronto lo haya. Nos lo cuenta “Particle Physicists Seek a Roman Shield,” News of the Week, Science Science 342: 540-541, 01 Nov 2013, que se hace eco de Elena Pérez-Alvaro (Univ. Birmingham, GB), “Experiments on Particle Physics Using Underwater Cultural Heritage: The Dilemma,” Rosetta 13: 40-46, 2013 [PDF].

PS: Estos detectores se instalan en laboratorios subterráneas bajo montañas para protegerlos de la radiación exterior. En los experimentos como tales se utilizan blindajes de plomo contra la radiación. El problema son las radioimpurezas del blindaje y los materiales que componen los detectores (sobre todo la radioactividad beta, que produce neutrinos indeseados). Se puede utilizar un modelo optimizado de la radiactividad de fondo, pero en los experimentos criogénicos todavía no se conocen buenos modelos, por lo que conviene utilizar materiales con pocas radioimpurezas.