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

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].

La búsqueda de las axiones como candidatos a materia oscura

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.

Algunos artículos de Física en Nature Communications

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.

El 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]).

Los físicos de partículas también son cazatesoros de antiguos naufragios

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.

Scholarmeter afirma que Karl Marx es el autor científico más influyente de la historia

La bibliometría es más fría que un témpano de hielo. Según el análisis de casi 35.000 investigadores realizado por Scholarmeter (empresa fundada en la Universidad de Indiana Bloomington) el científico más influyente es Karl Marx (historiador), seguido de Sigmund Freud (psicólogo) y Edward Witten (físico teórico). Quizás me digas que Marx o Freud no eran científicos, en el sentido moderno del término, pero el análisis realizado considera en pie de igualdad las ciencias sociales y las ciencias puras. ¿Cómo se ha comparado a autores de áreas tan diversas? La idea es utilizar el cociente entre el índice-h del autor y el índice-h promedio del área. Marx tiene un índice-h que es 22 veces mayor que el índice h promedio entre los historiadores, y Witten uno que es 13 veces mayor que el promedio entre los físicos, y así sucesivamente. La idea no es nueva. Hay muchas métricas «normalizadas» para poder comparar áreas diversas (artículo sobre ello en Nature), pero lo cierto es que los expertos en bibliometría no han llegado aún a un consenso sobre cuál es la mejor (si existe). Por tanto, el resultado de Scholarmeter hay que tomarlo con alfileres. Por cierto, el análisis de Scholarometer se basa en los datos de Google Scholar, cuyo valor más allá de la era de la web ha sido cuestionado por muchos expertos. Nos lo cuenta Richard Van Noorden, «Who is the best scientist of them all? Online ranking compares h-index metrics across disciplines,» News, Nature, 06 Nov 2013.

Los últimos datos sobre el meteoro de Chelyabinsk

Simulación 3D del impacto del meteoro.

El 15 de febrero de 2013, un meteoro de tamaño medio impactó en la atmósfera terrestre en la región de Chelyabinsk, Rusia. Los datos iniciales sobre su trayectoria y la estimación mediante infrasonidos de su masa han sido revisados por dos artículos en Nature y un artículo en Science. El meteoro que impactó en Chelyabinsk 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 atmósfera superior a una velocidad de unos 19 km/s, más de 50 veces la velocidad del sonido, liberando una energía de unos 500 kilotones de TNT que en gran parte fue absorbida por la atmósfera (lo que minimizó los daños). A una altura entre 30 y 45 km el meteoro se fracturó en miles de pedazos. Sólo se han encontrado unos pocos meteoritos, el mayor con 600 kg formó un agujero circular en el hielo de la superficie y acabó en el fondo del lago Chebarkul, a 60 km al suroeste de Chelyabinsk. Los modelos por ordenador predicen que un asteroide como el Chelyabinsk colisiona con la Tierra una vez cada 150 años (en promedio). Nos lo cuenta Quirin Schiermeier, «Risk of massive asteroid strike underestimated. Meteor in Chelyabinsk impact was twice as heavy as initially thought,» News, Nature, 5 Nov 2013. Los artículos técnicos en Nature son Jiří Borovička et al., «The trajectory, structure and origin of the Chelyabinsk asteroidal impactor,» Nature, AOP, 06 Nov 2013; y P. G. Brown et al., «A 500-kiloton airburst over Chelyabinsk and an enhanced hazard from small impactors,» Nature, AOP 06 Nov 2013. El artículo en Science es Olga P. Popova et al., «Chelyabinsk Airburst, Damage Assessment, Meteorite Recovery, and Characterization,» Science, AOP 07 Nov 2013 [DOI].

Francis en @TrendingCiencia: El levitón que transporta un electrón individual en un conductor

Puedes escuchar mi nuevo podcast sobre Física para Trending Ciencia siguiendo este enlace. He elegido un artículo aparecido en la revista Nature el pasado 31 de octubre titulado «Minimal-excitation states for electron quantum optics using levitons» («estados de excitación mínima para la óptica cuántica de electrones usando levitones») cuyo autor principal es Christian Glattli, del Grupo de Nanoelectrónica del IRAMIS, en el centro CEA de Saclay, Francia, centro que pertenece al CNRS Francés, y la primera autora es Julie Dubois. El artículo presenta la observación experimental de un nuevo tipo de onda solitaria o solitón bautizada como «levitón». Los levitones son cuasipartículas formados por un número entero de electrones y se pueden usar para transportar electrones individuales a través de un conductor, es decir, actúan como fuentes de electrones individuales bajo demanda, lo que les hace tener múltiples aplicaciones en nanoelectrónica cuántica.

Por cierto, en el título del artículo técnico se habla de óptica cuántica de electrones, que también se traduce por óptica cuántica electrónica, quizás te preguntes qué es: se trata de usar técnicas con electrones en materiales conductores que están inspiradas en la óptica cuántica. Pero vayamos al grano, ¿qué son los levitones? Y lo más importante, ¿cómo han sido observados?

El nuevo artículo técnico es J. Dubois et al., «Minimal-excitation states for electron quantum optics using levitons,» Nature 502: 659–663, 31 Oct 2013. El podcast también está inspirado en Christian Flindt, «Quantum physics: Single electrons pop out of the Fermi sea,» News & Views, Nature 502: 630–632, 31 Oct 2013. Para los francófonos «Les lévitons : des électrons sans bruit pour l’optique quantique électronique,» IRAMIS, CEA Saclay, 29 Oct 2013.

¿Cuántas moléculas de H2O se necesitan para formar agua líquida?

Nadie sabe la respuesta, pero parece evidente que debe ser un número finito de moléculas. Jeong-Hyuck Park (DAMTP, Univ. Cambridge, GB) ha calculado por ordenador, gracias a una analogía con un gas ideal de bosones, que en una caja cúbica se requieren 7.616 moléculas de agua y en un caja esférica 10.458. Conforme el número de moléculas en un gas a presión constante crece se produce una transición de fase que el autor considera que está asociada a la «emergencia» del concepto de agua. Para caracterizar una transición de fase entre dos fases se utiliza un diagrama que presenta la temperatura en función de la composición de ambas fases, la llamada descomposición espinodal; Park ha calculado el número de moléculas de agua para que aparezca un cambio brusco en la curva espinodal del sistema de bosones. El autor propone que este cambio es una característica genérica de las transiciones de fase líquido-gas, es decir, que la ebullición es un fenómeno emergente y puede ser calculada ab initio utilizando los principios básicos de la física estadística. Futuros estudios tendrán que refinar estos números y estudiar en detalle la dependencia con la forma del volumen que contiene el gas de bosones y las condiciones de contorno utilizadas (Dirichlet en este caso). El artículo técnico es Jeong-Hyuck Park, «How many is different? Answer from ideal Bose gas,» arXiv:1310.5580 [cond-mat.stat-mech], 21 Oct 2013. El artículo que realizó el cálculo es Jeong-Hyuck Park, Sang-Woo Kim, «Thermodynamic instability and first-order phase transition in an ideal Bose gas,» Phys. Rev. A 81: 063636, 2010.

Lo último sobre la anomalía a 5 sigmas en los datos de CDF del Tevatrón (Fermilab)

En el año 2011 el experimento CDF del Tevatrón (Fermilab) observó una anomalía a 5 sigmas en los sucesos que producían un bosón W y dos chorros hadrónicos. El experimento DZero del Tevatrón refutó dicha señal. Tampoco se observó en el LHC (ATLAS y CMS). Un análisis preliminar en febrero 2013 descubrió que la causa era un error sistemático. El análisis oficial se acaba de publicar en ArXiv. Tras analizar 9,1 /fb de colisiones protón-antiprotón a 1,96 TeV c.m. no se observa ninguna anomalía en los canales WW, WZ y ZZ. La figura que abre esta entrada muestra cómo ha desaparecido la anomalía (mostrada en la figura de abajo). El artículo técnico es CDF Collaboration, «Search for a dijet resonance in events with jets and missing transverse energy in pp¯ collisions at √s=1.96 TeV,» arXiv:1310.7267 [hep-ex], 27 Oct 2013. Más información divulgativa en Tommaso Dorigo, «No Jet-Jet Bump In New CDF Diboson Analysis !,» AQDS, 29 Oct 2013.

El «efecto de los machos raros» en los guppies es debido a la selección natural y la sexual

Los machos del pez guppy (Poecilia reticulata) despliegan una deslumbrante variedad de colores y las hembras prefieren aparearse con los machos más vistosos. La selección sexual de un rasgo debería reducir su variabilidad. En 2006 se propuso que actúa la selección natural ya que en un entorno natural los guppies machos con colores raros despistan a los depredadores y sobreviven más. Se publica en Nature que los guppies machos salvajes con rasgos raros se aparean más y dejan más descendencia. Por tanto, la gran variabilidad de color de los guppies machos tiene su origen tanto en la selección natural como en la selección sexual. Nos lo cuentan Jeffrey S. McKinnon, Maria R. Servedio, «Evolutionary ecology: Novelty makes the heart grow fonder,» News, Nature, AOP 30 Oct 2013, quienes se hacen eco del artículo técnico de Kimberly A. Hughes, Anne E. Houde, Anna C. Price & F. Helen Rodd, «Mating advantage for rare males in wild guppy populations,» Nature, AOP 30 Oct 2013. El artículo de 2006 es Robert Olendorf et al., «Frequency-dependent survival in natural guppy populations,» Nature 441: 633-636, 01 Jun 2006.