Ars Fatalis/Ars Libertatis (Vídeo)

Con instrucciones de cómo instalarlo en Ubuntu aquí (en inglés).

Los leptoquarks y los teóricos que acabarán en el pozo del olvido

Fuente: Francis (th)E mule

Los quarks y los leptones se agrupan en tres familias (o generaciones) cada una formada por un par de quarks y un par de leptones; cada generación es una réplica de la anterior. Los leptoquarks son partículas hipotéticas que permiten transformar, dentro de una misma familia, los quarks en leptones y los leptones en quarks; de existir, tendría que haber tres generaciones de leptoquarks. El gran problema de las teorías de (gran) unificación que introducen leptoquarks es que predicen la desintegración del protón. Los límites experimentales dependen del tipo de desintegración estudiado; la vida media es mayor de 13×10³³ años para la desintegración de un protón en un pión y un electrón, mayor de 11×10³³ años para la de un protón en un pión y un muón, y mayor de 4×10³³ años para la de un protón en un kaón y un neutrino. Estos límites indican que la masa de un leptoquark debe ser mayor de 10¹² GeV, un billón de GeV es una masa miles de millones de veces mayor que la que se puede estudiar en el LHC; los límites actuales indican que los leptoquarks tienen masa superior a 350 GeV según CMS y mayor de 422 GeV según ATLAS; en Moriond la próxima semana se podrían publicar actualizaciones de estos números, pero no creo que superen unos 660 GeV. Estos números están extraídos de la charla de Ilja Doršner, “Light Colored Scalars as Messengers of UpQuark, Down-Quark and Charged Lepton Flavor Dynamics in Grand Unified Theories,” La Thuile, March 2nd, 2012. No son mucho mejores que los conocidos hace un par de años, Francis, ”Nuevos límites experimentales a la masa de los leptoquarks,” 3 julio 2010.

¿Por qué se buscan los leptoquarks en el LHC si no hay ninguna posibilidad de que se puedan detectar en los próximos 20 años? Los teóricos amantes de la idea de los leptoquarks buscan variantes de las teorías de gran unificación que prohíban que el protón se desintegre, eliminando el límite inferior para la masa de los leptoquarks y permitiendo que tengan una masa alcanzable en el LHC. Por ejemplo, en la teoría GUT basada en SU(5), descartada por la mayoría de los teóricos, hay 18 maneras en las que puede desintegrarse un protón, si los neutrinos son partículas de Dirac (aunque hay solo 15 si son de Majorana). ¿Hay variantes de la GUT SU(5) que prohíban todas estas desintegraciones? ¿Qué predicciones realizan estas teorías? En su charla, Ilja Doršner nos habla de sus propias teorías, que según él podrían explicar el momento magnético anómalo del muón (el problema (g-2)mu) y la asimetría en las desintegraciones de pares de quarks top (la asimetría FB en la desintegración ttbar observada por CDF, pero en gran parte descartada por DZero y LHCb).
La ciencia es una navaja de Ockham de afilada hoja. Si se descubren los leptoquarks en el LHC, los pocos teóricos que trabajan en ellos en todo el mundo alcanzarán la gloria, cual héroes que han luchado contra los elementos (la desintegración del protón) y han vencido (con exóticos retruques técnicos que destruyen la belleza de la idea original). Si no se descubren los leptoquarks en el LHC, estos pocos teóricos acabarán olvidados como han acabado olvidados las decenas de miles de investigadores del s. XIX que no aparecen en los libros de texto de ninguna materia. Nadie sabe ni siquiera que existieron, ni siquiera sus tataranietos. Pero no debemos olvidar que la labor de muchos de ellos fue fundamental para remover la paja en el pajar donde los que hoy decoran los libros de texto encontraron la aguja que les llevó a la eternidad.

PS: La búsqueda de una cuarta generación de quarks y leptones (aunque se sabe que solo hay 3 neutrinos en los que se puede desintegrar el bosón Z), la búsqueda de estados excitados de quarks y leptones (que indicarían que son partículas compuestas) y la búsqueda de otros exotismos (microagujeros negros, dimensiones extra, …) forma parte íntegra de las búsquedas que se realizan de forma habitual en los experimentos del LHC (ver, por ejemplo, Dominique Fortin (On behalf of the ATLAS Collaboration), “Searches for Physics Beyond the Standard Model with the ATLAS Detector,” La Thuile, March 2nd, 2012; y Artur Apresyan (On behalf of the CMS Collaboration), “Searches for Physics Beyond SM at CMS,” La Thuile, March 2nd, 2012). Estas búsquedas alimentan la mente de los teóricos y sus escarceos en el borde del precipicio.

La búsqueda de señales a baja energía de la supersimetría también es parte integral de las búsquedas constantes que se realizan en los experimentos del LHC (ver, por ejemplo, Renaud Brunelière (On behalf of the ATLAS Collaboration), “Searches for Supersymmetry at ATLAS,” La Thuile, March 2nd, 2012; y Markus Stoye (On behalf of the CMS collaboration),”SUSY searches at CMS,” La Thuile, March 2nd, 2012). Yo tenía mucha ilusión en este tipo de búsquedas cuando empezaron a publicarse resultados del LHC, pero poco a poco me están empezando a aburrir. Un límite mínimo 100 GeV más arriba o más abajo me aporta poco insight. Lo apasionante, como todas las pasiones, muta conforme transcurre el tiempo. Ahora está empezando a gustarme más leer sobre búsquedas de Higgs exóticos (primos hermanos del Higgs del modelo estándar); ver, por ejemplo, Markus Warsinsky (on behalf of the ATLAS collaboration), “Search for BSM Higgs Bosons at ATLAS,” La Thuile, March 2nd, 2012. ¡Qué cosas! ¡Quién me lo hubiera dicho hace solo dos años!

Raspberry Pi

Raspberry Pi es una placa computadora (SBC) de bajo coste desarrollada en Reino Unido por la Fundación Raspberry Pi. Desde el 29 de Febrero de 2012.

Hacia la computación cuántica topológica gracias a los fermiones de Majorana

Fuente:Francis (th)E Mule

Leo Kouwenhoven y su nanohilo de InSb conectado a una fuente, un drenador y cinco puertas.

Lo que sube cae, lo que se excita decae. Un cubit ideal tiene que luchar contra la decoherencia cuántica, lo que es casi imposible si es una superposición cuántica de un estado fundamental y un estado excitado, pues dicho estado excitado tiende a decaer al fundamental. ¿Cómo evitarlo? Construyendo el cubit utilizando una superposición cuántica de dos estados fundamentales, lo que requiere un sistema cuántico cuyo estado fundamental esté degenerado. Igual que un topólogo no distingue entre la taza de café y el dónut, pues ambos tienen un solo agujero, la computación cuántica topológica propone implementar cubits utilizando sistemas cuyo estado fundamental está degenerado y presentan un invariante topológico con al menos dos estados discretos, los valores clásicos del cubit. En teoría el efecto de la decoherencia cuántica sobre estos cubits topológicos es despreciable, pues no puede alterar su invariante topológico, lo que permite que se comporten como cubits ideales durante un tiempo largo. ¿Pero cómo fabricar un cubit topológico ideal? Hay varias propuestas, pero la más prometedora es utilizar las propiedades de los fermiones de Majorana, que pueden formar parejas (que se comportan como fermiones de Dirac y tienen un invariante topológico natural). Muchos grupos de investigación en física del estado sólido están luchando en un carrera de obstáculos con objeto de ser los primeros en fabricar un sistema con estas características, con objeto de lograr el tan ansiado Premio Nobel de Física, como nos contaron Robert F. Service, “Search for Majorana Fermions Nearing Success at Last?,” Science 332: 193-195, 8 April 2011, y Barbara Goss Levi, “The expanding search for Majorana particles,” Physics Today 64: 20, March 2011. ¿Qué grupo será el vencedor de la carrera?
Leo Kouwenhoven (Instituto Kavli de Nanociencia, Delft, Holanda) ha afirmado el 28 de febrero que él es el ganador de la carrera, el primero en lograr observar fermiones de Majorana (en su caso en un nanohilo de antimoniuro de indio). Lo ha afirmado en una charla en la Reunión de Marzo de la APS (American Physical Society), en Boston, Massachusetts, y nos lo ha contado Eugenie Samuel Reich ,”Quest for quirky quantum particles may have struck gold. Evidence for elusive Majorana fermions raises possibilities for quantum computers,” Nature News, 28 February 2012 [Kanijo la ha traducido en "La búsqueda de unas extrañas partículas cuánticas puede haber encontrado oro," Ciencia Kanija, 29 feb. 2012]. Como todavía no se ha publicado el artículo técnico correspondiente (seguramente habrá sido enviado a Nature o Science y estará en proceso de revisión), aún no podemos asegurar que Kouwnhoven y su grupo hayan sido los ganadores. Pero los asistentes a su charla han quedado convencidos, como “Jay Sau, físico de la Universidad de Harvard en Cambridge, Massachusetts que dice que cree que es el experimento más prometedor hasta el momento y será difícil oponerse a que son fermiones de Majorana.”

¿Servirán los fermiones de Majorana de Delft para diseñar un cubit topológico? Por lo que parece en la charla de Kouwenhoven no se ha aclarado este punto y no se sabe si sus femiones de Majorana tendrán una vida media suficientemente larga como para poder fabricar con ellos cubits. Aún así, Reich califica de impresionante el logro del grupo de Delft de física del estado sólido. No quiero pecar de abogado del diablo, pero hasta que no se publique el artículo técnico y se conozcan los detalles, debemos ser cautos y pensar que quizás estemos, de nuevo, ante otra falsa alarma. Ya os contaré…

El motor warp puede tener un inconveniente letal

Fuente: Ciencia Kanija

Artículo publicado por Jason Major el 29 de febrero de 2012 en Universe Today

¿Planeando un viajecito espacial con algunos amigos a Kepler 22b? ¿Pensando en probar tu recién instalado Motor Warp de Alcubierre FTL3000 para llegar en un instante? Mejor que no hagas una visita sorpresa – tu llegada puede terminar desintegrando a cualquiera que haya allí cuando aparezcas.

La tecnología “warp” y el viaje espacial superlumínico han sido componentes básicos de la ciencia ficción desde hace décadas. Las distancias espaciales son tan vastas, y los sistemas planetarios – incluso dentro de la misma galaxia – están tan alejados, que se necesita de tal idea para hacer factible una exploración humana casual (y que encaje también con la comodidad que imagina la gente… ¡nadie quiere pensar en Kirk y Spock yendo osadamente a algún planeta alienígena mientras todos aquellos que conocieron mueren de viejos!

Velocidad warp © by Jaako

Aunque muchos de los factores que envuelven al viaje espacial son puramente teóricos – y muchos permanecerán en el dominio de la imaginación durante mucho tiempo, si no para siempre – existen algunas ideas que pueden funcionar bien con la física actualmente aceptada.

El motor warp de Alcubierre es una de esas ideas.

Propuesto por el físico teórico mexicano Miguel Alcubierre en 1994, el motor impulsaría una nave a velocidades superlumínicas creando una burbuja de energía negativa a su alrededor, expandiendo el espacio (y el tiempo) detrás de la nave mientras que los comprime delante de la misma. De la misma forma que un surfero cabalga sobre una ola, la burbuja de espacio que contiene a la nave y sus pasajeros se vería empujada hacia su destino a velocidades no limitadas por la velocidad de la luz.

Por supuesto, cuando la nave alcanza su destino, tiene que pararse. Y aquí es donde todo se va al traste.

Investigadores de la Universidad de Sídney han realizado algunos avances calculando los efectos del viaje espacial superlumínico mediante un motor de Alcubierre, teniendo en consideración los muchos tipos de partículas cósmicas que se encontrarían por el camino. El espacio no es sólo un gran vacío entre el punto A y el punto B… está lleno de partículas con masa (así como de otras sin masa). Lo que el equipo de investigación – liderado por Brendan McMonigal, Geraint Lewis, y Philip O’Byrne — ha encontrado es que estas partículas pueden ser “barridas” hacia la burbuja warp y centrarse en regiones por delante y detrás de la nave, así como dentro de la propia burbuja.

Cuando la nave con motor de Alcubierre frena desde una velocidad superlumínica, las partículas que ha recopilado la burbuja se liberan en un energético estallido. En el caso de las partículas delanteras, el estallido puede ser muy energético – suficiente para destruir a cualquiera que esté en el destino directamente frente a la nave.

“Cualquier persona que esté en el destino”, concluye el artículo del equipo, “sería arrasado por rayos gamma y partículas altamente energéticas debido al extremo desplazamiento al azul de las partículas de la región [delantera]“.

En otras palabras, no esperes una fiesta de bienvenida.

Otra cosa que encontró el equipo es que la cantidad de energía liberada depende de la longitud del viaje superlumínico, pero potencialmente no hay límite a su intensidad.

“Es interesante apuntar que, el estallido de energía liberado en la llegada al destino, no tiene un límite superior”, dice McMonigal a Universe Today en un correo electrónico. “Simplemente puedes seguir viajando distancias cada vez más grandes e incrementar la energía que se liberará tanto como quieras, uno de los extraños efectos de la Relatividad General. Por desgracia, incluso para viajes muy cortos, la energía liberada es tan grande que arrasarías por completo cualquier cosa que esté frente a ti”.

Entonces, ¿cómo evitar la desintegración de tu puerto de destino? Puede ser tan simple como orientar tu nave un poco hacia un lado… o puede que no. La investigación se centra sólo en el espacio plano delante y detrás de la burbuja warp; ¡los letales haces de partículas postwarp podrían terminar saliendo disparados en todas direcciones!

Por fortuna para los habitantes de Vulcano, Tatooine y cualquier conocido de Kepler 22b, el motor warp aún es teórico en gran parte. Aunque la mecánica funciona con la Teoría de la Relatividad General de Einstein, la creación de densidades de energía negativa es una tecnología aún desconocida – y puede que imposible.

Lo cual podría ser algo muy bueno para nosotros, ¡alguien podría estar planeando una visita sorpresa!

Lee más sobre motores warp de Alcubierre aquí, y puedes descargar el artículo de investigación de la Universidad de Sídney aquí.

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Autor: Jason Major
Fecha Original: 29 de febrero de 2012
Enlace Original

La búsqueda de unas extrañas partículas cuánticas puede haber encontrado oro

Fuente: Ciencia Kanija

Artículo publicado por Eugene Samuel Reich el 28 de febrero de 2012 en Nature News

Las pruebas de los esquivos fermiones de Majorana generan posibilidades para los computadores cuánticos.

Entrar en la charla del pionero en nanociencia Leo Kouwenhoven, en la reunión de marzo de la Sociedad Física Americana en Boston, Massachusetts, era como tratar de subirse en un vagón de metro en hora punta. Los rumores en los pasillos eran que el grupo de Kouwenhoven, con sede en la Universidad Tecnológica de Delft en los Países Bajos, podrían haber vencido a varios equipos competidores de física del estado sólido – y a la comunidad de físicos de alta energía – en un objetivo buscado desde hace tiempo, la detección de fermiones de Majorana, unas misteriosas partículas mecánico-cuánticas que pueden tener aplicaciones en la computación cuántica.

Kouwenhoven no defraudó. “¿Hemos visto fermiones de Majorana? Diría que la respuesta es un sí prudente”, concluyó al final de una presentación repleta de datos.

Ettore Majorana

Las partículas cuánticas aparecen en dos clases: fermiones y bosones. Mientras que los bosones pueden ser sus propias antipartículas, lo que implica que pueden aniquilarse entre sí en un destello de energía, los fermiones normalmente tienen antipartículas distintas, por ejemplo, la antipartícula de un electrón es un positrón de carga positiva. Pero en 1937, el físico italiano Ettore Majorana adaptó las ecuaciones que había usado el inglés Paul Dirac para describir el comportamiento de fermiones y bosones, para predecir la existencia de un tipo de fermión que era su propia antipartícula. Con el paso de las décadas, los físicos de partículas han buscado los fermiones de Majorana en la naturaleza, y después de 2008, los físicos de materia condensada empezaron a pensar  en maneras en que podrían formarse a partir del comportamiento colectivo de los electrones en los materiales en estado sólido, específicamente, en superficies en contacto con superconductores en cables unidimensionales.

El experimento de Kouwenhoven se centra en las últimas líneas. En la configuración de su equipo, nanocables de antimoniuro de indio se conectan a un circuito con un contacto de oro en un extremo y una porción de superconductor en el otro, y se exponen a un campo magnético moderadamente alto. Las medidas de la conductancia eléctrica de los nanocables mostró un pico en el voltaje cero que es consistente con la formación de un par de partículas de Majorana, una en cada extremo de la región del nanocable en contacto con el superconductor. Como comprobación, el grupo varió la orientación del campo magnético y comprobó que el pico iba y venía como se esperaría de unos fermiones de Majorana.

Aunque otros grupos habían informado anteriormente de pruebas circunstanciales de la aparición de fermiones de Majorana en materiales sólidos, Jay Sau, físico de la Universidad de Harvard en Cambridge, Massachusetts que asistió a la charla de Kouwenhoven, dice que ésta es la primera medida directa. “Creo que es el experimento más prometedor hasta el momento”, dice. “Sería difícil defender que no son fermiones de Majorana”.

Se han propuesto múltiples esquemas en los que los fermiones de Majorana actúan como ‘bits’ en computadores cuánticos, aunque Sau advierte que no está aún claro si los creados por Kouwenhoven vivirán lo suficiente para usarse de este forma.

Si se mantienen los resultados del grupo de Delft, no sólo representaría un impresionante logro en la física del estado sólido, sino que lo hace por delante de otras aproximaciones para crear fermiones de Majorana. Por ejemplo, el neutralino, una hipotética partículas supersimétrica que podría tener en cuenta parte o toda la materia oscura del universo, se cree que es un fermión de Majorana. Algunos modelos sugieren que los neutralinos podrían producirse en el Gran Colisionador de Hadrones en el CERN, el laboratorio europeo de física de partículas cerca de Ginebra, en Suiza.

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Artículo e Referencia: Nature doi:10.1038/nature.2012.10124.
Autor: Eugene Samuel Reich
Fecha Original: 28 de febrero de 2012
Enlace Original

Construyen un “micrófono cuántico”

Fuente: Neofronteras

Un dispositivo es capaz de detectar ondas de sonido con una amplitud mucho menor que el diámetro de un protón.

Ilustración del dispositivo. El tamaño de las ondas aparece exagerado en el dibujo. Fuente: Philip Krantz, Chalmers.

¿Cuál es el sonido más débil que se puede oír con la ayuda de algún dispositivo? ¿Y el más débil en producirse? El progreso tecnológico del ser humano ha ido acercando progresivamente el primero al segundo.
En 2010 un grupo de la Universidad de California en Santa Bárbara (UCSB) demostró que se podían crear fonones individuales en un oscilador mecánico criogénico. Ahora Martin Gustafsson, de la Universidad tecnológica de Chalmers, y sus colaboradores han conseguido estudiar los ecos de ondas acústicas cerca del límite cuántico.
Este grupo de científicos suecos y alemanes han conseguido crear un detector de sonido capaz de registrar los sonidos muy débiles permitidos por la Mecánica Cuántica. En el régimen alcanzado el dispositivo puede tanto emitir como detectar oscilaciones mecánicas (fonones) de la manera similar a cómo los dispositivos optoelectrónicos emiten y detectan fotones de luz. El sistema ofrece nuevas perspectivas a la hora de crear circuitos híbridos que mezclen elementos acústicos y electrónicos, además de iluminar nuevos fenómenos cuánticos.
Este “micrófono cuántico” está basado en un transistor que sólo usa un solo electrón a la vez (este tipo de transistores ya se habían logrado crear en el pasado reciente). El chip de arseniuro de galio sobre el que va montado tiene unos trasductores en dos bordes opuestos que son los que generan las ondas acústicas. El arseniuro de galio es un material piezoeléctrico que, como otros similares, produce campos eléctricos al ser deformado mecánicamente o viceversa. Una deformación de este cristal causada por la presencia de una onda acústica induce una polarización eléctrica. Es precisamente esta polarización la que puede detectar el transistor. Obviamente todo el conjunto está enfriado a una temperatura muy baja: 0,2 K.
Las ondas acústicas estudiadas por este equipo de investigadores se propagan por la superficie cristalina del microchip y recuerdan a las ondas que se forman en una charca cuando se arroja una piedra (son diferentes a las estudiadas por el grupo de UCSB). La longitud de onda es en este caso de 3 micras, pero el detector es incluso más pequeño y es capaz de sentir las “olas acústicas” según pasan.
Sobre la superficie del chip fabricaron una cámara de eco de 3 mm de largo. Aunque la velocidad del sonido de este tipo de ondas es 10 veces superior a la del sonido en el aire, el detector mostró cómo los pulsos se reflejaban entre los muros de la cavidad, verificándose así la naturaleza acústica de las ondas. Las ondas eran generadas por un trasductor de un borde y se propagaban hasta rebotar en la pared opuesta, luego en la de procedencia y así sucesivamente. Este vaivén lo realizaban varias veces.
Este tipo de ondas superficiales no son mecánico-cuánticas en comportamiento, pero son tan débiles que se les puede considerar casi en el límite cuántico. El detector es sensible a ondas cuya amplitud es sólo un pequeño porcentaje el diámetro de un protón. Esta intensidad de sonido es tan baja que el fenómeno debería de estar gobernado por las leyes de la Mecánica Cuántica en lugar de la Mecánica Clásica, pero los autores admiten que el régimen es clásico.
En Física Cuántica se llama fonones a los cuántos de vibraciones sonoras. Se tienen muy en cuenta en Física del Estado Sólido a la hora de estudiar las propiedades de la materia. Así por ejemplo, la teoría BCS que explica la superconductividad se basa en la introducción fonones para la explicar la formación de pares de Cooper. La propagación del calor en los sólidos cristalinos se puede explicar usando fonones. Gracias a este tipo de dispositivo se podrán detectar pronto fonones individuales al igual que ya detectamos fotones individuales.
La frecuencia de estas ondas es muy alta como para que la pudiera detectar el oído humano si tuviera la suficiente amplitud, en concreto es de casi 1 GHz, unas 21 octaves por encima de la nota “La”. Esto hace de este detector el más sensible del mundo en esa gama de frecuencias.
Gustafsson cree que se puede usar esta aproximación para crear una versión acústica de los qubits basados en fotones de microondas en dispositivos superconductores.
Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=3757
Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Noticia en Physcis World.
Artículo en Nature.

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