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.

Leonard Susskind nos cuenta qué son el campo y el bosón de Higgs

Como muchos ya sabéis, Lenny Susskind imparte cursos de adultos (como ya hacía Richard Feynman) en los que cuenta conceptos muy complicados de física a un público general (alumnos y exalumnos de la Univ. Stanford). Este vídeo titulado «Demystifying the Higgs Boson» es un buen ejemplo. Lenny nos explica qué es un campo, qué es al vacío de un campo, qué es la masa, cómo le da masa el campo de Higgs a los fermiones y cómo le da masa a los bosones vectoriales. Sin fórmulas matemáticas, pero con las ideas correctas. Algunas de las metáforas que usa ya las he añadido a mi bolso de metáforas sobre el Higgs. Muy recomendable esta charla.

Francis en @TrendingCiencia: El annus mirabilis de la teoría del big bang

Mi nuevo podcast sobre Física para Trending Ciencia ya está disponible en este enlace. Como siempre una transcripción, enlaces e imágenes.

El tema de hoy es «The Big Bang Theory», pero no la popular sitcom de televisión, sino la historia de la teoría del big bang de George Gamow y Ralph Alpher, y su annus mirabilis, el año 1948. Pero antes tengo una primicia para tí, que me oyes todos los lunes en Trending Ciencia. Si estás en Málaga el próximo 12 de noviembre podrás asistir a mi conferencia «Lo que sabemos que no sabemos sobre el Big Bang.» Esta conferencia se iniciará recordando la historia que te voy a contar en este podcast, la historia del annus mirabilis de la teoría del big bang, el año 1948. ¡Ah! Por cierto, ¿conoces la historia del término «big bang» para referirse a la teoría de Gamow y Alpher?

Este podcast está basado en el artículo de P. J. E. Peebles, «Discovery of the Hot Big Bang: What happened in 1948,» arXiv:1310.2146 [physics.hist-ph], 8 Oct 2013.

Cauchy y el rigor en el análisis matemático

Muchos historiadores de la matemática afirman que el rigor en matemáticas nació con Augustin-Louis Cauchy. Todo un revolucionario, Cauchy trató de establecer una base rigurosa para el análisis matemático. Un buen ejemplo fue su demostración del teorema del valor intermedio, que afirma que toda función real f(x) continua en un intervalo [a,b] asume cada valor posible entre f(a) y f(b) en ese intervalo. Parece obvio gracias a la idea intuitiva de continuidad y de hecho hasta Cauchy nadie pensó que fuera necesario demostrarlo, pero hoy en día todos los estudiantes de matemáticas se pelean con su demostración rigurosa (aunque sin saberlo, como homenaje en memoria de Cauchy). Por cierto, Cauchy enseñó la demostración de este teorema por primera vez en el curso que impartió en la École Royale Polytechnique en 1816. Su libro de texto de 1821, admirado por más de una generación de matemáticos, presenta dos demostraciones diferentes; la más famosa, la que todos los estudiantes de matemáticas aprenden, fue relegada a un apéndice. Nos lo recuerda Michael J. Barany, «Stuck in the Middle: Cauchy’s Intermediate Value Theorem and the History of Analytic Rigor,» Notices of the AMS 60: 1334-1338, Nov. 2013.

Qué pasa con el experimento del gato de Schrödinger dentro de un agujero negro

Según la teoría de la gravedad de Einstein en el interior de un agujero negro sólo hay espaciotiempo curvado y una singularidad puntual (un punto con curvatura infinito). Nada más y nada menos. Imagina que una caja con el experimento cuántico del gato de Schrödinger cae dentro de un agujero negro acompañada de un observador. ¿Puede colapsar el estado del gato a vivo o a muerto por el efecto no local de una medida realizada por otro observador fuera del horizonte de sucesos? Sí, según el análisis de este experimento mental publicado en Physical Review Letters por Joseph Polchinski y Donald Marolf, ambos de la Universidad de Santa Barbara, California. Como esto parece imposible, concluyen que esta inconsistencia es una prueba de que el horizonte de sucesos del agujero tiene algún tipo de estructura, un «firewall» que impide que un observador pueda entrar dentro del agujero negro. Por cierto, el término «firewall» es traducido por «cortafuegos» pero para Polchinski y sus colegas significa «wall of fire», es decir, «muro de fuego», porque se supone que está acompañado de radiación de muy alta energía que es la que destruye al incauto observador que desea entrar en el agujero negro. Nos lo cuenta Andreas Karch, «What’s Inside a Black Hole’s Horizon?,» Physics 6: 115, 21 Oct 2013. El artículo técnico es Donald Marolf, Joseph Polchinski, «Gauge-Gravity Duality and the Black Hole Interior,» Phys. Rev. Lett. 111: 171301, 21 Oct 2013, arXiv:1307.4706 [hep-th].

Oppenheimer, Dirac y la protohistoria del antiprotón

Bevatrón, inaugurado en 1955, aceleraba protones a 6,5 GeV.

Robert Oppenheimer propuso en 1930 que el antielectrón predicho por la ecuación de Dirac en 1928 no era el protón, como sugirió el propio Paul Dirac en 1930, por su diferencia de masa y porque el átomo de hidrógeno sería inestable. Más aún, propuso que debía existir un antiprotón asociado al protón. Tras el descubrimiento del positrón (antielectrón), Dirac recibió el Premio Nobel en 1933 y en su Discurso Nobel acabó diciendo que debía existir un antiprotón asociado al protón. El antiprotón fue descubierto en los experimentos en 1955 por Emilio Segrè y Owen Chamberlain (ambos de la Universidad de California, Berkeley), que recibieron por ello el Premio Nobel en 1959. Permíteme recordar la protohistoria del antiprotón.

La ecuación relativista para el electrón propuesta por Paul Dirac en 1928 predecía la existencia de estados de energía negativa [1]. Cada estado del electrón de energía positiva +E estaría acompañado de un estado de energía negativa −E. Como un electrón en movimiento acelerado emite radiación y pierde energía, todo electrón con energía positiva acabaría alcanzando una energía negativa y el proceso continuaría ad infinitum. Este hecho no se observa en los experimentos.

Para resolver este problema, Dirac recurrió en 1929 al principio de exclusión de Pauli e introdujo el llamado «mar de Dirac» [2]. En el estado de «vacío» de su ecuación, todos los estados de energía negativa están ocupados, por lo que no se observan electrones de energía negativa en los experimentos. Pero pueden existir «huecos» en este «mar» de estados de energía negativa, que se observan como una partícula de energía positiva pero con carga positiva. La única partícula conocida entonces con carga positiva era el protón, por lo que Dirac tituló su artículo, que apareció en la revista el 1 de enero de 1930, como «Una teoría de electrones y protones» [2], aunque reconocía que no tenía una explicación física del porqué la masa de los protones y los electrones es diferente.

Descubrimiento del antiprotón.

Robert J. Oppenheimer, tras leer el artículo de Dirac, escribió una crítica titulada «Sobre la teoría de electrones y protones» que apareció en Physical Review dos meses más tarde [3]. Por un lado, si todos los estados de energía negativa estaban ocupados, no le parecía razonable que existieran en el universo tantos protones como electrones. Además, la partícula de carga positiva predicha por Dirac se podría aniquilar con un electrón produciendo dos fotones, con lo que el átomo de hidrógeno sería inestable. Por todo ello Oppenheimer predijo que si el electrón tenía estados de energía negativa ocupados, entonces el protón también tendría que tenerlos. Aunque no utiliza de forma explícita la palabra «antiprotón» (dado que hasta entonces nadie había utilizado la palabra «antielectrón»), el párrafo final del artículo de Oppenheimer sugiere la existencia del antiprotón y en la mayoría de los libros de historia de la física de partículas aparece como el «padre» del antiprotón.

En la wikipedia pone que Dirac predijo (o intuyó) el antiprotón en su Discurso Nobel en 1933 [4]. Su párrafo final predice la existencia de la antimateria: «Si aceptamos la simetría completa entre los estados de carga eléctrica positiva y negativa como una de las leyes fundamentales de la Naturaleza, podría ocurrir que fuera un accidente que en la Tierra (y en el Sistema Solar) predominen los electrones y los protones. Puede que haya estrellas hechas de positrones y «protones negativos». Puede incluso que la mitad de las estrellas sean así.» Los protones negativos de Dirac es lo que hoy en día llamamos antiprotones. Dirac sugiere que puede existir la antimateria, antiátomos formados por antiprotones y positrones.

Emilio Segré, Owen Chamberlain y tres colegas.

El descubrimiento del antiprotón fue publicado el 1 de noviembre de de 1955 en Physical Review Letters [5]. Owen Chamberlain, Emilio Segrè, Clyde Wiegand y Thomas Ypsilantis, miembros del Laboratorio de Radiación de la Universidad de California en Berkeley, observaron una nueva partícula subatómica, idéntica al protón, pero con carga eléctrica negativa en lugar de positiva. Utilizaron el recién inaugurado Bevatrón, entonces el acelerador de partículas más potente del mundo, capaz de acelerar protones hasta energías de unos 6,5 GeV. La observación de un antiprotón requería crear un par protón-antiprotón, es decir, una energía superior al doble de su masa, unos 2 GeV. En el Bevatrón se decidió hacer incidir un haz de protones de 6,5 GeV en un blanco de neutrones estacionario.

En 1954, Ernest O. Lawrence, inventor del ciclotrón en 1931, Premio Nobel de 1939, decidió construir el Bevatrón en su Laboratorio de la Universidad de California en Berkeley para buscar el antiprotón. Este laboratorio, tras su muerte en 1958, fue rebautizado Laboratorio Lawrence Berkeley. Dos equipos decidieron buscar el antiprotón de forma independiente. Un equipo dirigido por Edward Lofgren y el otro por Owen Chamberlain y Emilio Segrè. Este último descubrió el antiprotón en 1955 y sus líderes obtuvieron el Premio Nobel en 1959. Pero relatar los detalles será objeto de una futura entrada.

Coda final. Un día como hoy en 1984, 20 de octubre, falleció P.A.M. Dirac. Por ello esta entrada participa en la XLV edición del Carnaval de la Física, alojado en esta ocasión por Cuantos y cuerdas.

Referencias

[1] P. A. M. Dirac, «The Quantum Theory of the Electron,» Proc. R. Soc. Lond. A 117: 610-624, 01 Feb 1928 [pdf gratis]; P. A. M. Dirac, «The Quantum Theory of the Electron. Part II,» Proc. R. Soc. Lond. A 118: 351-361, 01 Mar 1928 [pdf gratis].

[2] P. A. M. Dirac, «A Theory of Electrons and Protons,» Proc. R. Soc. Lond. A 126: 360-365, 01 Jan 1930 [pdf gratis].

[3] J. R. Oppenheimer, «On the Theory of Electrons and Protons,» Physical Review 35: 562-563, 01 Mar 1930 [pdf gratis].

[4] P. A. M. Dirac, «Theory of electrons and positrons,» Nobel Lecture, 12 Dec 1933 [pdf gratis].

[5] Owen Chamberlain, Emilio Segrè, Clyde Wiegand, and Thomas Ypsilantis, «Observation of Antiprotons,» Phys. Rev. 100: 947–950, 01 Nov 1955 [pdf gratis].

Los dos artículos científicos de la actriz Natalie Portman

Supongo que todos los fans de Natalie Portman saben que firmó dos artículos científicos como Natalie Hershlag en 1998 y en 2002, pero yo me acabo de enterar gracias a un tuit de Alejandro Rivero (@arivero). En secundaria fue primera autora de un artículo publicado en la revista Journal of Chemical Education (enviado al Intel Science Talent Search). En 1999 se matriculó en Psicología en la Universidad de Harvard, publicando un segundo artículo con cinco coautores en la revista NeuroImage; acabó la carrera (bachelor) en 2003. Todo ello entre el rodaje de los episodios II y III de Star Wars y otras películas. Muchos de sus fans pueden utilizarla como ejemplo a imitar, una buena estudiante que invierte parte de su tiempo en aprender a investigar. No sé, ahora veo con otros ojos a Portman. Los artículos son Natalie Hershlag, Ian Hurley, Jonathan Woodward, «A Simple Method To Demonstrate the Enzymatic Production of Hydrogen from Sugar,» J. Chem. Educ. 75: 1270–1274, 1998 [pdf gratis], y Abigail A. Baird, Jerome Kagan, Thomas Gaudette, Kathryn A. Walz, Natalie Hershlag, David A. Boas, «Frontal Lobe Activation during Object Permanence: Data from Near-Infrared Spectroscopy,» NeuroImage 16: 1120–1126, 2002 [pdf gratis].

Francis en @CCCientifica: La justa medida de la excelencia científica

Las publicaciones científicas de los premios Nobel de Física 2013, Peter W. Higgs y François Englert, me sirven de excusa para hablar de la excelencia universitaria y cómo medirla utilizando índices bibliométricos (o cienciométricos). Si te apetece leer más, «La justa medida de la excelencia científica,» Cuaderno de Cultura Científica, 11 octubre 2013.

Recomiendo también la «Entrevista #Naukas13 a Pedro Miguel Etxenike,» Cuaderno de Cultura Científica, 12 octubre 2013. Aunque en directo durante #Naukas13 y el día después la critiqué mucho, al verla ahora de nuevo me gusta cada vez más. «La ciencia aporta certezas e incertidumbres, cada respuesta adecuada aporta nuevas preguntas. La ley de la gravedad es cierta independientemente de lo que piensen o de la moral de sus autores.»

Nobel Química 2013: Karplus, Levitt y Warshel por la bioquímica computacional

El austríaco Martin Karplus (Univ. Harvard, Cambridge, Massachusetts, EEUU), el sudafricano Michael Levitt (Facultad de Medicina de la Univ. Stanford, California, EEUU) y el israelí Arieh Warshel (Univ. del Sur de California, EEUU) son los ganadores del Premio Nobel de Química 2013 por «el desarrollo de modelos multiescala para sistemas químicos complejos.» La simulación por ordenador de la química cuántica de las macromoléculas (como las proteínas) y sus interacciones con los metabolitos (moléculas pequeñas) es imposible; el número de grados de libertad crece de forma exponencial con el tamaño. Por fortuna, basta simular la física cuántica de la reacción en el sitio activo (o centro de reacción), pudiendo usarse la mecánica clásica de Newton para simular las vibraciones del resto de la molécula, la llamada dinámica molecular. Este tipo de simulación multiescala fue introducida por Karplus, Warshel y Levitt entre 1972 y 1976. Desde entonces se considera la técnica numérica estándar para simular procesos bioquímicos en macromoléculas.

Anuncio del premio Nobel, información divulgativa [PDF], información técnica [PDF] y un artículo periodístico de Antonio Martínez Ron, «Nobel de Química 2013 para los científicos que facilitaron las simulaciones químicas por ordenador,» lainformacion.com, 9 Oct 2013.

Nobel Física 2013: Englert y Higgs por la teoría del origen de la masa de las partículas

Desde 1901, han recibido el Premio Nobel de Física 196 científicos. Los dos últimos se han anunciado esta misma mañana, aunque muy pocos teníamos dudas sobre quiénes serían, el físico escocés Peter W. Higgs (Universidad de Edinburgo, Escocia, Gran Bretaña) y el físico belga François Englert (Universidad Libre de Bruselas, Bélgica). El físico belga Robert Brout también habría recibido el galardón si no hubiera fallecido en el año 2011. Los tres desarrollaron en 1964 el mecanismo de Brout-Englert-Higgs de rotura espontánea de la simetría electrodébil que da origen a la masa de las partículas fundamentales, mecanismo que predice la existencia de una nueva partícula, el bosón de Brout-Englert-Higgs, un bosón escalar que fue observado en las colisiones del LHC en el CERN el 4 de julio de 2012. Hoy sabemos que dicho bosón escalar se comporta como predice la teoría, llamada modelo estándar, dentro de las cotas experimentales previstas. En este blog he hablado tanto del bosón de Higgs que hay poco que pueda decir más. Así que os dejo los vídeos de mi conferencia en diciembre de 2012 sobre el bosón de Higgs. ¡Qué los disfrutéis!

Por cierto, acerté mi predicción en La Rosa de los Vientos. Era una predicción segura, pero bueno.