Francis en ¡Eureka!: El genoma de Copito de Nieve, el gorila albino

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Ya puedes disfrutar, siguiendo este enlace, del audio de mi sección ¡Eureka! en el programa de radio La Rosa de los Vientos, de Onda Cero. Como siempre una transcripción del audio y algunos enlaces para profundizar.

Esta semana ha vuelto a ser noticia Copito de Nieve, el gorila albino del Zoológico de Barcelona que murió hace diez años. Todo un icono para la ciudad de Barcelona. Copito de Nieve ha sido hasta la fecha el único gorila albino del que se tenga noticia. Comprado por el etólogo Jordi Sabater Pi en 1966 para el Zoológico de Barcelona su fama a nivel mundial nació con una portada de la revista National Geographic en 1967. Murió de cáncer de piel el 24 de noviembre de 2003, pero se conservan muestras de su ADN (quizás pensando en su futura clonación). En humanos el albinismo afecta a una de cada 17.000 personas y es un trastorno hereditario causado por la herencia de genes recesivos de ambos padres. Los albinos se conocen desde la antigüedad. Como curiosidad me gustaría comentar que se cree que el profeta Noé, el constructor del arca de Noé, era albino; al menos así lo indica el libro del profeta Enoc, que forma parte del canon de la Biblia de la Iglesia ortodoxa etíope, pero no es aceptado como canónico por las demás iglesias cristianas.

Más información en José R. Alonso, “¿En qué se parecen Copito de Nieve y Noé?,” UniDiversidad, 08 May 2013.

Hay dos tipos fundamentales de albinismo: el más común es el albinismo oculocutáneo, donde falta el pigmento, la melanina, en ojos, pelo y piel, y el albinismo ocular, presente solo en machos, donde la melanina falta sólo en los ojos. Copito de Nieve presentaba albinismo oculocutáneo. Como el ADN de Copito de Nieve se conserva en el Zoo de Barcelona gracias a una muestra de sangre que fue congelada antes de su muerte, investigadores del Instituto de Biología Evolutiva (centro mixto del CSIC y la Universidad Pompeu Fabra) han secuenciado con éxito su genoma completo y han averiguado la causa genética de su albinismo.

Dibujo201300608 gorilla gorilla - copito de nieve - bmc paper

¿El gen responsable del albinismo de Copito de Nieve es el mismo gen que lo causa en humanos? En humanos y en primates se conocen cuatro genes cuyas mutaciones recesivas pueden causar el albinismo oculocutáneo. Cada uno de los cuatro genes codifican diferentes enzimas en la ruta metabólica de la melanina. La variante OCA1 es causada por el gen TYR que codifica la enzima tirosinasa que cataliza el primer paso de la síntesis de la melanina; la variante OCA2 por un gen que codifica una proteína que regula el pH del melanosoma; la variante OCA3 por el gen TYRI1 que codifica una catalasa relacionada con la tirosinasa; y la variante OCA4 por el gen MATP (también llamado gen SLC45A2) que codifica una proteína de membrana que facilita la síntesis de melanina y que actúa como antigen para la formación de los melanocitos. Comparando el genoma de Copito de Nieve con el de otros dos gorilas no albinos se ha comprobado que en su caso el albinismo oculocutáneo es de tipo OCA4, en concreto, debido a un cambio de un único aminoácido en la proteína de membrana del gen MATP (o SLC45A2). Esta variante del albinismo es muy poco habitual en humanos.

Dibujo201300608 Membrane integration of non-albino wild-type and mutant -Snowflake- G518R sequences

El artículo técnico (de acceso gratuito) es Javier Prado-Martinez et al., “The genome sequencing of an albino Western lowland gorilla reveals inbreeding in the wild,” BMC Genomics 14: 363, May 2013. En esta figura, wt es el gen para un gorila no albino y G518R es el de Copito de Nieve; se ve que el aminoácido glicina (G) está sustituido por arginina (R).

Se ha publicado esta semana que los padres de Copito de Nieve eran familiares cercanos, quizás tío y sobrina, con lo que este gorila albino sería resultado de un incesto (producto de la endogamia). El análisis de la variabilidad del genoma permite estudiar el grado de consanguinidad. En general, las copias materna y paterna del genoma en los gorilas difieren en casi dos nucleótidos cada 1.000 bases. En Copito de Nieve hay regiones de millones de bases en las que no hay ninguna diferencia entre ambas copias, lo que indica que son heredadas de un pariente común como resultado de la endogamia. Alrededor del 12% del genoma de Copito de Nieve es homocigoto. Un porcentaje muy elevado que sólo es posible en caso de que sus dos padres estén muy emparentados.

Recomiendo leer a CSIC, “La endogamia causó el albinismo de Copito de Nieve,” SINC, 4 Jun 2013; y Antonio Madridejos, “Los padres de Copito de Nieve eran familiares cercanos,” elPeriódico.com, 4 Jun 2013.

Hay muchas relaciones de parentesco que permiten explicar una consanguinidad del 12%, como el apareamiento entre hermanos, o entre abuelos y nietos, o incluso entre primos hermanos. Sin embargo, teniendo en cuenta las pautas de comportamiento entre gorilas se cree que lo más probable es una relación entre tío y sobrina, un macho adulto expulsado del grupo, algo muy habitual, que más tarde entra en contacto con una hembra joven que busca una nueva comunidad. Me gustaría destacar que en humanos también es más probable el albinismo en familias consanguíneas.

Una vez conocida cuál es la mutación, el estudio abre la puerta a cruzar a los descendientes de Copito que sean portadores con el objetivo de obtener un nuevo gorila albino. Como el albinismo es una característica genética recesiva, para manifestarse en un individuo es necesario que sus dos padres sean portadores de la mutación. Copito de Nieve tuvo 21 hijos, de los cuales 3 le sobreviven; también están vivos 11 nietos, de un total de 21, y 4 bisnietos. Ninguno de ellos ha nacido albino. Cruzar dos descendientes de Copito de Nieve portadores del gen recesivo descubierto permitiría, según las reglas de la herencia, lograr un albino con una probabilidad del 25%. Sin embargo, esto no forma parte de los planes del zoo de Barcelona. Hoy en día los zoos europeos buscan todo lo contrario, aumentar la diversidad genética mediante apareamientos de individuos muy alejados.

En 2009 se publicó un estudio sobre la endogamia en los Austrias, en concreto, el estudio genético indicó que la consanguinidad del rey Carlos II era similar a la de un hijo incestuoso. Carlos II El Hechizado fue resultado de los repetidos cruces entre parientes próximos que se dieron en sus antepasados. Su coeficiente de consanguinidad era mayor del 25%, similar al del fruto de una relación entre padre e hija, o entre hermano y hermana. Esta alta consanguinidad fue un factor clave en la desaparición de la dinastía de los Austrias en España porque cuando murió Carlos II en 1700 no dejó descendencia. Este resultado fue obtenido por Gonzalo Álvarez Jurado, catedrático de Genética en la Universidad de Santiago de Compostela, y varios colegas que analizaron la consanguinidad de 16 generaciones en el árbol genealógico de Carlos II desde que Felipe el Hermoso inauguró la dinastía al casarse con Juana La Loca. Como no se disponía del ADN de estos personajes se realizó un análisis de la mortalidad infantil en los descendientes de cada rey hasta los 10 años, que está en relación directa con el coeficiente de consanguinidad. También estudiaron las enfermedades achacables a mutaciones genéticas recesivas, que necesitan heredarse de los dos progenitores. Por ejemplo, Carlos II padecía raquitismo, por lo que no pudo tener hijos y a los 30 años parecía un viejo. En los Borbones el grado de consanguinidad es mucho menor.

Más información en M. Ruíz de Elvira, “La endogamia mató a los Austrias,” El País, 15 Abr 2009; María Valerio, “La endogamia acabó con los Austrias,” El Mundo, 15/04/2009. El artículo técnico es Gonzalo Alvarez, Francisco C. Ceballos, Celsa Quinteiro, “The Role of Inbreeding in the Extinction of a European Royal Dynasty,” PLoS ONE, 4: e5174, April 15, 2009 [acceso gratuito].

Para acabar, hay muchos animales blancos en los zoológicos, como los leones blancos, los tigres blancos o incluso los pavos reales blancos, ¿también se trata de albinos? En la mayoría de los casos no se trata de albinismo, sino de leucismo, que a diferencia del albinismo, no produce ningún cambio de coloración, ni defectos de visión en los ojos del animal. Estos animales leucísticos son capaces de producir melanina y por ello tienen los ojos con un color normal. Sólo se tratará de albinismo oculocutáneo cuando no existe melanina en el iris. Los oyentes deben fijarse si los ojos son de color violeta o incluso rojo, porque la luz penetra por el iris y se refleja de los vasos sanguíneos de la retina.

Más información en Biogeocarlos, “Leones blancos,” La Ciencia de la Vida, 24 Mar 2008.

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Francis en ¡Eureka!: El bosón de Higgs gana el premio Príncipe de Asturias

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Ya puedes disfrutar del audio de mi sección ¡Eureka! en el programa La Rosa de los Vientos de Onda Cero, basta que sigas este enlace. Como siempre una transcripción del audio.

El físico escocés Peter Higgs y el belga François Englert han recibido el premio Príncipe de Asturias como pioneros de la física del bosón de Higgs [también lo ha recibido el CERN pero el objetivo es discutir el papel de Englert, un físico desconocido para el gran público]. Hay un tercer físico que también merece este premio que ya ha fallecido. Junto a Peter Higgs y François Englert, también merece el premio el físico belga Robert Brout, que falleció en el año 2011. Muchos físicos creemos que la partícula de Higgs debería llamarse partícula de Brout-Englert-Higgs, en este orden. La partícula de Higgs es un claro ejemplo de la ley de los epónimos de Stigler, que afirma que las leyes y los descubrimientos científicos nunca reciben el nombre de sus auténticos descubridores.

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Podemos recordar la historia del descubrimiento de la teoría de la partícula de Higgs. ¿Qué fue lo que hicieron estos físicos hace 50 años? La teoría actual que describe la física de partículas, llamada el modelo estándar, surgió en su forma actual en 1973, pero sus orígenes se remontan a 1954 cuando dos físicos llamados Yang y Mills introdujeron la formulación matemática correcta. El problema de la teoría de Yang-Mills es que predice que ninguna partícula tiene masa, como los fotones, pero sabemos que casi todas las partículas tienen masa. En 1960 se propuso una manera de arreglar este problema, usando una idea de la teoría de la superconductividad, romper la simetría de la teoría de Yang-Mills. Dos físicos Yoichiro Nambu y Jeffrey Goldstone demostraron en 1961 que en física de partículas esta idea no funcionaba porque predecía la existencia de nuevas partículas que no habían sido observadas. El físico Philip Anderson, experto en superconductividad, que es una teoría no relativista, sugirió en 1963 que podría funcionar una variante llamada rotura local de la simetría. Pocos físicos de partículas prestaron atención a esta solución hasta que en junio de 1964, el físico Walter Gilbert publicó que el método de Anderson no podía funcionar porque violaba la relatividad. Pero su artículo tenía un error matemático que descubrieron Peter Higgs y otros físicos. Si no hubiera cometido ese error quizás hoy en día hablaríamos de partícula de Gilbert en lugar de partícula de Higgs.

Entonces Peter Higgs no fue el único físico que descubrió el error, el otro ganador del Premio Príncipe de Asturias también lo descubrió. ¿Fue Higgs el primero en darse cuenta del error de Gilbert? Peter Higgs tras leer el artículo de Gilbert el 16 de julio de 1964, descubrió su error y escribió un artículo que decía cómo se podía corregir el error de Gilbert, pero sin dar detalles, que envío el 24 de julio a la revista de física europea Physics Letters. El artículo fue aceptado de inmediato. Higgs decidió escribir un segundo artículo con todos los detalles y lo envío el 31 de julio a la misma revista, donde fue rechazado porque “el artículo no aportaba nada realmente nuevo al anterior.” Higgs quedó muy sorprendido. Habían aceptado un artículo que decía lo que había que hacer, sin hacerlo, y rechazado el artículo que lo hacía. En agosto añadió un par de párrafos, entre ellos uno que proponía la existencia de una nueva partícula y lo envió a la revista estadounidense de física Physical Review Letters, que lo recibió el 31 de agosto. Ese mismo día, en dicha revista se publicaba otro artículo muy parecido escrito por los físicos belgas François Englert y Robert Brout, que fue enviado el 26 de junio, casi un mes antes que Higgs leyó el artículo de Gilbert. El artículo de Higgs podría haber sido rechazado, pero el editor le pidió a Higgs que citara el artículo de Englert y Brout y que aceptaría su artículo porque las técnicas matemáticas usadas en ambos artículos eran diferentes, aunque su conclusión era la misma. El artículo de Higgs apareció el 19 de octubre de 1964.

Más información en “Higgs y el vino, de mayordomo hasta bibliotecario, directo hacia el Nobel,” y en “La teoría electrodébil, el bosón de Higgs y su historia.”

Esto quiere decir que los físicos belgas Brout y Englert publicaron el trabajo antes que el escocés Higgs. ¿Por qué se usa el nombre “partícula de Higgs” en lugar de un nombre históricamente más correcto, como partícula de Englert-Brout? La razón es muy curiosa. En 1967, el famoso físico coreano Benjamin Lee habló con Peter Higgs en una conferencia sobre el descubrimiento de su teoría. Acompañado por una copa de vino, Higgs le contó sus propias contribuciones, olvidando hablar de los belgas Brout y Englert, y de los demás físicos que trabajaron en este tema. Quizás Higgs quería abreviar su historia o quizás quería ponerse algunas flores delante de Lee, que era muy famoso. Casi nadie conocía la teoría de Higgs hasta que varios experimentos pusieron de moda en 1972. Entonces, en una conferencia de física de partículas en el Femilab, en EEUU, invitaron a Lee para que contara esta teoría. Lee tuvo poco tiempo para preparar la charla y recordó su conversación con Peter Higgs. Por ello, en su discurso habló de “mecanismo de Higgs,” de “bosón de Higgs.” y de “teoría de Higgs.” Desde entonces, se habla de la “partícula de Higgs” en lugar de la partícula de “Brout-Englert-Higgs.”

Más información en “Por qué el bosón de Higgs no se llama bosón de Brout-Englert-Higgs-Hagen-Guralnik-Kibble.”

Quisiera recordar que en el año 2010 recibieron el Premio Sakurai de la Sociedad de Física Americana para contribuciones a la Física de Partículas Teórica 6 físicos: además de Peter Higgs, Robert Brout y François Englert, también lo recibieron Carl Hagen, Gerald  Guralnik y Tom Kibble. Los seis pueden ser considerados padres de la partícula de Higgs.

Más información en “El sexteto de Higgs, Premio de la APS en honor a J.J. Sakurai, y la historia del mecanismo de Higgs” y en “Atención, pregunta: ¿Quién debe recibir el Premio Nobel de Física por el descubrimiento del Higgs?

El famoso físico británico Stephen Hawking tenía dudas sobre la existencia del bosón de Higgs, aunque al final admitió el descubrimiento del 4 de julio y declaró por perdida su apuesta con Lawrence Krauss, famoso autor del libro “La física de Star Trek.” ¿Por qué tenía dudas Hawking sobre el Higgs? Las apuestas de Hawking contra otros físicos son muy famosas y en mi opinión tienen mucho de marketing. Hawking es un gran defensor de la llamada teoría de cuerdas que predice la existencia de una simetría, aún no observada en la Naturaleza, llamada supersimetría. En la supersimetría en lugar de una sola partícula de Higgs tiene que haber una familia de cinco partículas. Uno de los expertos en teoría de cuerdas, Gordon Kane, Universidad de Michigan, EEUU, apostó 100$ contra Hawking a favor de que el bosón de Higgs existe. El 4 de julio de 2012, tras el descubrimiento del Higgs, Hawking dio por perdida la apuesta. ¿Por qué Hawking no creía en la existencia del Higgs? Bueno en realidad no es que lo creyera, ya que Hawking ha apostado muchas veces contra sus propias creencias. Por ejemplo, apostó en 1974 contra Kip Thorne que no existían los agujeros negros y en 1990 dio por perdida la apuesta. En mi opinión, no hay que hacerle mucho caso a las apuestas de Hawking.

España como país de la Comunidad Europea es miembro del CERN. Sin embargo, se ha publicado que aún debe dinero. ¿Cómo está este asunto? España aún debe 36 millones de euros de su contribución de 2012 y ha reservado sólo 51 millones de los 76,5 millones que debería pagar en 2013, con lo que se espera que adeude otros 25,5 millones adicionales. El Gobierno de España quiere saldar la deuda de 2012 antes de de finales de este año. Muchos físicos españoles están muy preocupados por este escabroso asunto y la participación española podría sufrir algún tipo de infracción.

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Carnaval Matemáticas: El artículo matemático más corto de la historia

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Este artículo matemático con un solo párrafo, una sola referencia bibliográfica, título, autores y afiliaciones, podría ser el artículo matemático más corto (L. J. Lander and T. R. Parkin, “Counterexample to Euler’s conjecture on sums of like powers,” Bull. Amer. Math. Soc. 72: 1079, 1966), pero existen otros aún más cortos (dependiendo de la definición de longitud que decidamos tomar). El más parco en palabras (sólo dos palabras) es el siguiente.

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Dicen que decía Paul Erdös que “un matemático es una máquina de convertir café en teoremas” (en realidad lo decía su amigo Alfred Rényi; gracias @ClaraGrima por recordarlo). Alexander Soifer decidió retar a sus colegas en Princeton, durante la hora del café, a resolver el siguiente problema: ¿cuál es el mínimo número de triángulos equiláteros necesarios para recubrir un triángulo equilátero de lado n+ε? John H. Conway tenía que volar en avión a una conferencia y durante el trayecto descubrió una solución con n²+2 triángulos. Tras retornar, a la hora del café, Conway compartió su descubrimiento con Soifer. Mientras viajaba en avión a otra conferencia, Soifer logró construir una demostración gráfica a partir de la solución de Conway. A su regreso decidieron escribir un artículo conjunto. Conway quiso que su artículo fuera el récord absoluto en el número mínimo de palabras. Por ello, su artículo sólo tendría dos palabras “n²+2 can” y dos figuras (con la demostración gráfica). Nada más y nada menos. Lo enviaron el 28 de abril de 2004 a la revista American Mathematical Monthly, exactamente como aparece en la figura de arriba.

El 30 de abril, la asistente del editor, Mrs. Margaret Combs, les indicó que, por favor, añadieran alguna frase al texto explicando su artículo.

The Monthly publishes exposition of mathematics at many levels, and it contains articles both long and short. Your article, however, is a bit too short to be a good Monthly article. . . A line or two of explanation would really help.

Conway envió una carta el editor principal protestando y preguntando si “¿existe alguna relación entre la cantidad y calidad?”

I respectfully disagree that a short paper in general—and this paper in particular—merely due to its size must be “a bit too short to be a good Monthly article.” Is there a connection between quantity and quality?. . . We have posed a fine (in our opinion) open problem and reported two distinct “behold-style” proofs of our advance on this problem. What else is there to explain?

Conway era muy famoso y quizás por ello Bruce Palka, el editor principal, decidió proponerle lo siguiente el 4 de mayo de 2004:

The Monthly publishes two types of papers: “articles,” (…) from about six to twenty-five pages, and “notes,” which are shorter, (…) typically in the one-to-five page range. (…) The standard way in which we use such short papers these days is as “boxed filler” on pages that would otherwise contain a lot of the blank space that publishers abhor. . . If you’d allow us to use your paper in that way, I’d be happy to publish it.

Conway respondió que aceptaba que su artículo apareciera rellenado una de las páginas blancas entre artículos. El artículo apareció en el número de enero de 2005 de dicha revista, aunque el editor les cambió el título (J.H. Conway, A. Soifer, “Covering a triangle with triangles,” American Mathematical Monthly 112: 78-78, Jan. 2005).

Nos cuenta la historia con más detalles el propio Alexander Soifer, “Building a Bridge III: from Problems of Mathematical Olympiads to Open Problems of Mathematics,” Mathematics Competitions 23: 27-38, 2010.

Coda final: Esta entrada participa en la Edición 4.1231 del Carnaval de Matemáticas cuyo anfitrión es Matemáticas Interactivas y Manipulativas.

Francis en ¡Eureka!: Tres posibles fragmentos del bólido de Tunguska

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El audio de mi sección ¡Eureka! en La Rosa de los Vientos, de Onda Cero Radio, ya está disponible. Sigue este enlace para escucharlo. Como siempre, una transcripción escrita con imágenes y enlaces a los artículos técnicos.

El evento de Tunguska ocurrió a las 7:17 de la mañana (hora local) del 30 de junio de 1908 en una región apartada de Siberia cerca del río ruso Tunguska. Hay muchas teorías que tratan de explicar lo que ocurrió, pero ¿cuál es la teoría más aceptada por la ciencia actual? Se cree que el evento de Tunguska fue causado por un meteoro que se quemó en la atmósfera terrestre de entre 50 y 80 metros de diámetro, que entró en la atmósfera a unos 20 km/s y con una inclinación entre 30 y 45 grados respecto a la horizontal. Lo más probable es que fuera un trozo de un cometa con una densidad similar a la del cometa Halley (unos 0,6 g/cm³), que quizás contuviera un núcleo rocoso más pequeño. La explosión ocurrió a entre 8 y 10 km de altura liberando una onda de choque que provocó grandes daños en un área de unos 2.000 kilómetros cuadrados (como la provincia más pequeña de España, Guipúzcoa). La explosión fue detectada por numerosas estaciones sismológicas de la época y por una estación barométrica (que mide la presión atmosférica) en el Reino Unido. Incendió y derribó cientos de miles árboles. La Primera Guerra Mundial y la Revolución Rusa de 1917 retrasaron la primera expedición científica de la Academia Soviética de Ciencias hasta 1921 (durante el gobierno de Lenin) dirigida por Vernadsky y Kulik que pretendía encontrar nuevos meteoritos para la colección de la Academia de Ciencias de Rusia. La expedición no alcanzó el epicentro y se repitió en 1927. Allí observaron árboles que estaban de pie, pero sin ramas ni hojas, a modo de postes de teléfono. Se cree que les podó la onda de choque expansiva de la explosión en la atmósfera. Sin embargo, nunca se encontraron meteoritos o fragmentos del supuesto meteoro, ni tampoco un cráter de impacto provocado por el mismo.

Esta semana ha sido noticia la publicación de tres meteoritos encontrados en la zona de Tunguska que podrían ser fragmentos del bólido. ¿Qué se sabe sobre estos nuevos meteoritos?Andrei E. Zlobin (del Museo Geológico del Estado de Vernadsky, de la Academia Rusa de Ciencias, en Moscú) publica en un famoso servidor por internet de artículos científicos llamado ArXiv que encontró en 1988 tres rocas similares a meteoritos que presentan rastros de fusión térmica y que podrían ser fragmentos del meteoro de Tunguska. La misión de Zlobin en la expedición a Tunguska de 1988 era estudiar el efecto del calor generado en la explosión del bólido en la corteza del tronco y de las ramas de los árboles de la región. Su estudio estimó que el pulso de calor en en los árboles fue entre 13 y 30 J/cm², capaz de quemar la corteza, pero no de fundir las piedras en el suelo. En la expedición se hicieron decenas de agujeros en la turba del suelo para buscar rocas fundidas. Entre el 24 y el 26 de julio de 1988, acamparon cerca de la orilla del río Khushmo y Zlobin, a título personal, buscó meteoritos en la zona de aguas poco profundas cerca de la orilla del río. Recogió más de 100 rocas con un peso total de 1,5 kg que fueron llevadas a Moscú. Entre esas rocas se han encontrado los nuevos tres meteoritos.

El nuevo artículo técnico es Andrei E. Zlobin, “Discovery of probably Tunguska meteorites at the bottom of Khushmo river’s shoal,” arXiv:1304.8070, 29 Apr 2013. Yo destacaría un artículo anterior que estudió las propiedades térmicas del impacto es Andrei E. Zlobin, “Quasi Three-dimensional Modeling of Tunguska Comet Impact (1908),” Planetary Defense Conference held on March 5-8, George Washington University, 2007 [pdf gratis].

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La voz de Alexander Graham Bell restaurada por el Berkeley Lab

Este vídeo youtube, que acaba con la frase “in witness whereof, hear my voice, Alexander Graham Bell,” nos permite oír una grabación de hace 128 años de la voz de Bell, gracias a la tecnología de restauración de grabaciones antiguas del Berkeley Lab de la Universidad de Berkeley, California, EE.UU. Oímos la voz de Bell grabada el 15 de abril de 1885 en el Laboratorio Volta de Washington, DC. Bell regaló esta grabación al Smithsonian antes de su muerte en 1922. El proyecto de restauración ha sido financiado por el Museo Nacional de Historia Americana, la Biblioteca del Congreso y el Laboratorio Smithsonian en Berkeley. Más información en ““Hear My Voice”: Smithsonian Identifies 130-Year-Old Recording as Alexander Graham Bell’s Voice,” National Museum of American History, Apr. 25, 2013; Charlotte Gray, “We Had No Idea What Alexander Graham Bell Sounded Like. Until Now,” Smithsonian magazine, May 2013; y Dan Krotz, “What Did Alexander Graham Bell’s Voice Sound Like? Berkeley Lab Scientists Help Find Out,” Berkeley Lab, Apr. 25, 2013.

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Nota dominical: El problema del viajante

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El problema del viajante consiste en encontrar el camino más corto que permite visitar una serie de ciudades conectadas por carreteras volviendo al punto de partida y visitando cada ciudad una sola vez. No hay ningún algoritmo eficiente para resolver este problema (que es NP-duro [1]). En 1950 los ordenadores permitían resolver un problema con 50 ciudades, en 1980 con unas 2300 ciudades y en 2006 se alcanzó el récord actual, 85900 ciudades (en la figura aparecen 13509 ciudades de EEUU). Los informáticos han tratado de descubrir algoritmos eficientes que aproximen la solución del problema. En 1976, Nicos Christofides (Imperial College, Londres) desarrolló un algoritmo eficiente que produce caminos cuyo coste excede al óptimo en menos del 50% [2]. ¿Se puede mejorar? En 2011, se logró mejorar el algoritmo de Christofides con un nuevo algoritmo eficiente que excede del óptimo en menos del 49,99999999999999999999999999999999999999999999999996 por ciento [3]. ¿Por qué ha costado tanto obtener una ventaja tan pequeña? Nadie lo sabe, pero resulta muy sugerente. Nos lo cuenta Erica Klarreich, “Computer Scientists Take Road Less Traveled. After decades without progress, new shortcuts are discovered in the traveling salesman problem,” Simons Foundation, Jan 29, 2013.

Referencias

[1] Richard M. Karp (Univ. California at Berkeley), “Reducibility among combinatorial problems,” pp 219-241 in “50 Years of Integer Programming 1958-2008,” Springer, 2010 [free pdf].

[2] N. Christofides, “Worst case analysis of a new heuristic for the traveling salesman problem,” Report 388, Graduate School of Industrial Administration, Carnegie-Mellon University, Pittsburgh, PA, 1976.

[3] Shayan Oveis Gharan, Amin Saberiy, Mohit Singh, “A Randomized Rounding Approach to the Traveling Salesman Problem,” IEEE 52nd Annual Symposium on Foundations of Computer Science (FOCS), 2011, pp. 550-559 [free pdf].

Nota dominical: Einstein y Ehrenfest discutieron el colapso de la función de onda en 1922

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Puede parecer increíble, pero el problema del colapso de la función de onda cuántica fue discutido por Albert Einstein y Paul Ehrenfest en un artículo conjunto que se envió en 1922, poco después de la publicación del famoso experimento de Stern y Gerlach. Durante una visita de Einstein a Ehrenfest en Leiden (Países Bajos), entre el 29 de abril y el 13 de mayo de 1922, discutieron el famoso experimento de Stern-Gerlach (enviado a publicación el 1 marzo) y escribieron un artículo conjunto que enviaron a publicación el 21 de agosto. El artículo de Einstein-Ehrenfest discute el problema de la medida en mecánica cuántica y la importancia del colapso de la función de onda si lo leemos desde un punto de vista moderno( ya que el concepto de función de onda aún no había sido introducido por Erwin Schrödinger). “¿Cómo saben los átomos que dirección tomar en el experimento?” Si el proceso fuera clásico, Einstein y Ehrenfest calculan que la desviación de los átomos requeriría miles de millones de segundos, cuando según el experimento el proceso tarda menos de 100 microsegundos. Por ello, afirman que el experimento muestra una transición brusca entre estados cuánticos (hoy diríamos que muestra el colapso de la función de onda) y que se trata de un experimento ideal para ilustrar las diferencias entre la medida en física clásica y en física cuántica. Realmente sorprendente, sobre todo, porque el problema de la medida en mecánica cuántica no se empezó a discutir hasta un lustro más tarde. Nos lo cuenta Issachar Unna, Tilman Sauer, “Einstein, Ehrenfest, and the quantum measurement problem,” Ann. Phys. 525: A15–A19 (2013). El artículo técnico original es A. Einstein, P. Ehrenfest, “Quantum Theoretical Comments on the Experiment of Stern and Gerlach,” Zeitschrift fur Physik 11: 31-34, 1922.

¿Quién inventó el “doble click” con el ratón?

Julián Estévez (@Jeibros) preguntó “¿quién inventó el doble click?” y Ramón Ordiales (@ramoneeza) contestó “el Doble Click es de Microsoft” citando a NewScientist: Microsoft lo patentó el 27 de abril de 2004. Pero yo expliqué a mis alumnos c. 1998 el “Double clicking” del lenguaje Squeak, desarrollado por AT&T Bell Laboratories. De hecho, yo les dije a mis alumnos que el doble click lo inventó William M. Newman (quizás les engañé, pues ahora compruebo que el artículo original de Newman “A system for interactive graphical programming,” de 1968, solo menciona el click, pero no el doble click). Seguramente, el doble click fue inventado por Xerox a finales de los 1970, pero no he encontrado ningún artículo que lo atestigüe. En el artículo de NewScientist se menciona que “Hartmut Pilch apunta que la patente de Microsoft debería ser revocada porque seguro que la idea del “doble click” ya existía antes de 1997 cuando la patente fue solicitada.” Repito, lo más antiguo que un torpe como yo ha encontrado ha sido 1985, pero estoy seguro que a finales de los 1990 cuando yo dije que lo había inventado Newman debía ser porque lo había leído en algún sitio (torpe de mí que ahora soy incapaz de encontrarlo).

“Double clicking. As an example of a Squeak program using timeouts, consider the problem of detecting clicks (mouse button down and up again in a short time) and double clicks (two clicks separated by a longer but finite time) without losing any button transitions.” Pág. 201, SIGGRAPH ’85.

Por supuesto, alguien dirá en los comentarios que lo que Microsoft ha patentado es la semántica (qué hace Windows tras un doble click). Pero mi memoria me debe fallar, pero puedo asegurar que yo eso también lo leí en papel en un artículo de finales de los setenta. Seguramente, mi memoria me falla.

Nota dominical: La “bola de cristal” que descubrió el bosón de Higgs en 1984

Dibujo20130310 crystal ball collaboration 1984 higgs boson fake signal

El detector “Bola de Cristal” instalado en el anillo DORIS de DESY descubrió a principios de 1984, con más de 5 sigmas, un bosón de Higgs con una masa de 8,32 GeV/c² gracias a la desintegración de la partícula úpsilon en fotones; en concreto, con 4,2 sigmas tras analizar 10,7 /pb (inversos de picobarn) de eventos de desintegración de la partícula Υ(1S)→γH, y con 3,3 sigmas tras analizar 64,5 /pb de eventos de desintegración de la partícula Υ(2S)→γH. La señal presentaba un exceso (μ=2) respecto a las predicciones del modelo estándar, lo que hizo que muchos teóricos buscaran de forma urgente una explicación. La señal no fue confirmada por CESR en Cornell. A finales de 1984, cuando DORIS acumuló más colisiones, la señal despareció. Todo quedó en una falsa alarma. ¡¡Una falsa alarma de 5 sigmas!! Para los curiosos, el artículo es Crystal Ball Collaboration, “Evidence for a Narrow Massive State in the Radiative Decay8 of the Upsilon,” SLAC-PUB-3380, DESY 84-064, July 1984.

Dibujo20130311 upsilon decay into photon and higgs via bottom vertex

Muchos físicos teóricos trataron de entender el exceso respecto al modelo estándar, como S.L. Glashow, M. Machacek, “Can ζ (8.3 GeV) be one of two Higgs bosons,” Physics Letters B 145: 302–304, 20 Sep 1984Howard E. Haber, G.L. Kane, “Implications of a Higgs interpretation of the ζ(8.3),” Nuclear Physics B 250: 716–728, 1985; Michael Shin, Howard Georgi, Minos Axenides, “ζ(8.3 GEV) as the lightest scalar in a three-Higgs-doublet model,” Nuclear Physics B 253: 205–215, 1985; James Pantaleone, Michael E. Peskin, S.-H.Henry Tye, “Bound-state effects in ϒ→γ+ resonance,” Physics Letters B 149: 225–233, 13 December 1984; etc.

Más información sobre la historia de la búsqueda del Higgs en Sau Lan Wu (Univ. Wisconsin-Madison), “Historic review of Higgs searches. The long road to the Higgs discovery,” Higgs Quo Vadis, Aspen Center for Physics, 10-15 March, 2013 [slides pptx].

PS (15 Ago 2013): Sau Lan Wu, “Higgs search History,” ISHP, 12 Aug 2013.

Los físicos también se entrenan como los jugadores de fútbol de élite

Dibujo20130315 ligo aerial photograph

Un día de marzo de 2011, a las 11:00 de la mañana, un grupo de físicos se había reunido en un hotel de California para discutir uno de los descubrimientos más importantes de la historia de la física. Las botellas de champán estaban preparadas. Tras meses de duro trabajo, pruebas y chequeos de todo tipo, tras controlar todas las fuentes posibles de error, con el artículo técnico completamente escrito, sólo faltaba el último paso, el visto bueno del jefe, Jay Marx. La colaboración LIGO había detectado la primera onda gravitatoria en la Constelación del Can Mayor. Pero Jay Marx confesó que la señal había sido un engaño intencionado para entrenarles (lo que los físicos llaman una inyección ciega). Una enorme ola de decepción inundó la sala. Nadie colgó al jefe, aunque a algunos les hubiera gustado. Al final todo quedó en aplausos por el buen trabajo realizado y, como no, las botellas de champán cayeron. ¿Realmente es necesario llegar tan lejos? ¿Habrá futuras inyecciones ciegas? El nuevo director de LIGO, David Reitze ha dicho que seguirá con el programa de inyecciones ciegas, en especial cuando entre en funcionamiento en 2015 el sucesor de LIGO, llamado Advanced LIGO. Muchas inyecciones ciegas se han realizado en LIGO desde que comenzó en 2002, pero ninguna había llegado tan lejos como Big Dog, la que se realizó el 16 de septiembre de 2010. Este entrenamiento “extremo” no gusta a todos los miembros de la colaboración, pero reconocen que es algo necesario. Nos lo cuenta Yudhijit Bhattacharjee, “Gravity-Wave Observatory Debates Fake-Data Tests,” Science 339: 1260, 15 March 2013.