La estabilidad del vacío del modelo estándar

Fuente: Francis (th)E mule

La masa del bosón de Higgs y del quark top (cima) apuntan a que el vacío del modelo estándar es metaestable, aunque no estamos del todo seguros porque está en el borde entre estable y metaestable. Además, los errores son muy grandes, tanto los experimentales, sobre todo en la masa del quark top, como los teóricos, hay que extrapolar los cálculos hasta la escala de Planck y las correcciones de mayor orden podrían ser importantes. Quizás sea por puro azar, o quizás haya algo profundo oculto, pero las masas del Higgs y del quark top parecen ajustadas en un punto crítico doble en relación a la estabilidad del vacío. Nos lo contó Pier Paolo Giardino (Univ. Pisa / INFN Pisa), “Is that a Standard Higgs? And now?,” CP³ Origins, slides pdf / video flash. Su artículo técnico es Dario Buttazzo, Giuseppe Degrassi, Pier Paolo Giardino, Gian F. Giudice, Filippo Sala, Alberto Salvio, Alessandro Strumia, “Investigating the near-criticality of the Higgs boson,” arXiv:1307.3536 [hep-ph].

El vacío del modelo estándar viene determinado por el vacío del campo de Higgs. El potencial del campo de Higgs, el famoso sombrero mexicano, es V(H) = −½ m²(μ) |H|² + λ(μ) |H|⁴), donde la masa m(μ) y la constante de acoplo λ(μ) dependen de la energía según las ecuaciones del grupo de renormalización. A alta energía el potencial se puede aproximar como V(H) ≈ λ(μ) |H|⁴, siendo el signo de λ(μ) el que determina la estabilidad del vacío del campo de Higgs y del modelo estándar. La función λ(μ) es monótona decreciente y parte de un valor inicial positivo λ(0)>0. El vacío es estable si λ(M_Pl )>0, donde es M_Pl es la energía de Planck, es inestable si λ(M_EW)<0, donde M_EW es la energía de la escala electrodébil, y es metaestable si λ(μ)=0 para algún valor de M_EW < μ < M_Pl. Ya sabemos que el vacío no puede ser inestable, porque existimos. Los valores actuales de las masas del bosón de Higgs (125,66 ± 0,34 GeV) y del quark top (173,36 ± 0,65 GeV) indican que el vacío del modelo estándar es metaestable y λ(μ)=0 para 10¹⁰ GeV < μ < 10¹² GeV. La mayor incertidumbre experimental se encuentra en el valor de la masa del quark top.

Esta figura muestra la estabilidad del modelo estándar en el plano definido por λ(M_Pl) y el acoplo de Yukawa para el quark top y_t(M_Pl); la función y_t(M_Pl) también es decreciente y parte de un valor y_t(0) ≈ 1. La parte derecha es un zoom donde se puede observar una raya gris casi horizontal en la zona de metaestabilidad (en amarillo). Realmente parece que las masas del Higgs y del quark top están ajustadas para que el modelo estándar sea metaestable por alguna razón física.
Por supuesto, el cálculo teórico asume que el modelo estándar es válido hasta la escala de Planck (es decir, entre ~1 y ~10¹⁵ TeV), pero hay indicios indirectos de que no es así (el mecanismo del balancín (see-saw) en la física de los neutrinos, la existencia de la materia oscura, o la asimetría materia-antimateria). Por ello, el cálculo a la energía de Planck de los parámetros del modelo estándar mediante el grupo de renormalización hay que tomarlo con sumo cuidado. Recuerda que todos los parámetros del modelo estándar (constantes de acoplo y masas de partículas) cambian con la energía (μ).

El cálculo teórico requiere determinar la evolución con la energía de seis parámetros (mostrados en esta tabla) hasta energías en la escala de Planck. En la actualidad el cálculo ha sido realizado sólo hasta el orden NNLO (hasta 3 loops) y se cree que las correcciones NNNLO serán pequeñas. Estos cálculos se realizan con la ayuda de ordenadores y no es fácil estimar cuándo estará listo el resultado hasta NNNLO.

El modelo estándar mínimo se basa en un potencial V(H) cuártico para el Higgs, pero nada prohíbe que el campo del Higgs sea más complicado a alta energía. La estabilidad del modelo estándar implicaría la existencia de otros mínimos locales a alta energía, lo que tendría la ventaja de que podría explicar la física de la inflación (es decir, el campo de Higgs sería el campo inflatón). Nuestro vacío sería el “verdadero vacío” (mínimo global) y el vacío a alta energía sería un “falso vacío” (mínimo local).

La metaestabilidad del modelo estándar a la que apuntan los datos actuales implica que vivimos en un “falso vacío” (mínimo local) y que existe un mínimo global del campo de Higgs a alta energía. Nuestro falso vacío, por efecto túnel, puede transitar al vacío verdadero. Este proceso debe ser muy poco probable, con una vida media mayor que la edad del universo (si no fuera así ya no existiríamos). ¿Cuándo puede ocurrir este proceso? No lo sabemos, podría ocurrir mañana mismo o dentro de unos cientos de miles de millones de años. Las estimaciones más “realistas” apuntan a que podría ocurrir en unas decenas de miles de millones de años. Pero todo esto es especulación científica pues no conocemos los detalles del potencial del campo de Higgs.
¿Qué pasará cuando el vacío metaestable pase por efecto túnel al verdadero vacío? Sidney Coleman (y físicos rusos) estudiaron este fenómeno a principios de los 1970. Resumiendo mucho, en el vacío se formarían (nucleación) burbujas de energía negativa cuyo radio crecería a la velocidad de la luz; cuando todas las burbujas colisionaran unas con otras se destruiría todo el universo conocido, aunque el universo como tal podría sobrevivir en su nuevo estado de vacío. Los detalles dependen de la cantidad de energía oscura que haya cuando se produzca el efecto túnel al nuevo vacío y de las características del vacío verdadero. Por supuesto, los cálculos de Coleman no tienen en cuenta el efecto a energías de la escala de Planck de la gravedad cuántica. No se conoce la teoría cuántica correcta de la gravedad, por lo que no podemos saber qué pasará, pero muchos físicos creen que el proceso se parará de alguna forma. Lo que pueda pasar más allá de este momento es pura especulación.

Humble Indie Bundle 9

10 comandos interesantes para Linux

Fuente: Emezeta

10 comandos interesantes para Linux linux linux comandos terminal 21 25K+ Recopilación de 10 comandos útiles e interesantes para nuestra distribución favorita de GNU/Linux y que quizás no conocías. Los administradores de sistemas y usuarios avanzados siempre echan mano de su querida línea de comandos o terminal para realizar tareas de una forma más rápida y eficiente. Sin embargo, aún muchos son reacios a utilizarla porque creen que es algo demasiado complejo. A continuación, vamos a dar un repaso a una serie de comandos destinados a ejecutarse desde una terminal (incluso remotamente, sin necesidad de disponer de una interfaz gráfica), realizando ciertas tareas en muy poco tiempo y apenas algo de esfuerzo. La mayoría de estos comandos son programas que se pueden instalar facilmente mediante apt-get install (o el gestor de paquetes de tu distribución). 1. Controlar el ancho de banda del sistema Es posible que queramos monitorizar el consumo de la conexión a Internet por parte del equipo en el que estamos, conociendo así el ancho de banda consumido. Esto se puede realizar de forma muy sencilla mediante el comando bmon (Bandwidth Monitor). Este comando nos mostrará un sencillo panel con las diferentes tarjetas de red del sistema y el consumo de Internet que están realizando (RX = recibido = descarga, TX = transmitido = subida): Pulsando g también podemos ver una pequeña «pseudo-gráfica» que representa la evolución del ancho de banda utilizado conforme pasa el tiempo, o pulsando d una tabla de estadísticas más detalladas. Si esto nos parece poco aproximado, podemos utilizar nethogs, un comando que nos informará del consumo de ancho de banda por proceso o aplicación, muy útil para saber que programa está enviando o recibiendo información: Por último, si en lugar de monitorizar, lo que queremos es restringir el ancho de banda para limitar el uso de Internet por parte de un equipo en la red, podemos hacer uso de wondershaper, que nos permitirá limitar el ancho de banda: sudo wondershaper eth0 1024 512 El ejemplo anterior limita la conexión a 1024kbps de bajada y 512kbps de subida. Bonus: Si te interesa conocer algunos trucos para conseguir exprimir tu conexión a Internet al máximo, echa un vistazo al artículo Internet más rápido. 2. Descargar videos de Youtube (u otras páginas) Otra tarea que a veces suele tornarse compleja es realizar la descarga de un video de Youtube. Y ni hablar si tenemos que realizar una conversión posterior a un formato concreto (por ejemplo, mp4). Con clive es muy sencillo: Basta con escribir clive seguido de la dirección del video de youtube. Esto nos descargará el archivo de video (en formato FLV), sin ningún paso adicional. Si además añadimos el parámetro --format hd, el video se descargará en formato MP4 a alta resolución. Entre las webs soportadas se encuentran youtube, last.fm, video google, dailymotion y vimeo, entre otros. En Windows, siempre puedes utilizar el programa Atube Catcher, que simplifica mucho la descarga y conversión de videos desde Youtube. 3. «Refuerzo negativo» para disléxicos Con un simple apt-get install sl (o nuestro gestor de paquetes correspondiente) tendremos instalado este «refuerzo para disléxicos». Steam Locomotive (sl) es un comando ideado para ser ejecutado cuando el usuario escribe mal el comando ls (listar ficheros), y mostrarnos un lento tren a modo de castigo para que no se vuelva a repetir otra vez. Bonus: Si te interesan más curiosidades como esta (algunas completamente inútiles), puedes echar un ojo al artículo 20 curiosidades geeks para terminales Linux. ¡También cuento como ponerle sonido al tren para hacerlo más irritante! 4. Buscar archivos duplicados Cuando tenemos gran cantidad de archivos almacenados en nuestros discos, otro problema clásico es el de tener archivos duplicados (imágenes, videos, mp3...). Este sencillo comando permite buscar y mostrarnos los archivos duplicados detectados en la ruta especificada: También existe findimagedupes, que realiza una búsqueda de imágenes duplicadas de forma visual. Bonus: Para Windows, la mejor alternativa a fdupes es DoubleKiller, mientras que para búsquedas visuales de imágenes duplicadas, la mejor opción es VisiPics. Puedes encontrar ambos en 12 programas gratuitos para eliminar ficheros duplicados. 5. Navegar desde una terminal de texto Si estamos conectados desde una terminal de texto (sin interfaz gráfico) o de forma remota vía SSH (por ejemplo) nos puede interesar consultar alguna página o buscar determinado sitio web. Para ello podemos utilizar los navegadores de modo texto: Lynx Lynx es quizás mi preferido debido a su potencia y gran cantidad de parámetros personalizables. No sólo es un excelente navegador de modo texto, sino que además permite la utilización del parámetro --dump o --source para obtener texto o código HTML para su posterior procesamiento, por ejemplo: eog `lynx --dump xkcd.com | egrep imgs.xkcd` La línea anterior, obtiene el texto de la web de XKCD y extrae con egrep la imagen de su última tira, la cuál la muestra con el visor de imágenes eog. w3m Por otro lado, también tenemos a nuestra disposición w3m, un navegador más sencillo, pero igualmente interesante que nos puede servir de alternativa a Lynx: Elinks Si ninguno de estos dos navegadores nos agrada, también podemos utilizar elinks, un navegador de texto un poco más sencillo, con menús desplegables que nos permiten seleccionar diferentes opciones de una forma más cómoda, sin recordar los atajos o teclas necesarias para realizar ciertas tareas: 6. Conversión de formatos de archivos multimedia Una de las soluciones más completas para la conversión de formatos de audio o video es ffmpeg. Mediante este comando podemos realizar multitud de tareas como conversión de MP4 a XViD, MP3 a OGG, extraer sonido de un video a MP3, convertir un video en un GIF animado, o incluso capturar nuestra actividad en pantalla en video (screencast). Eso sí, la sintaxis del programa da para 2 ó 3 artículos más (o varios tomos), por lo que comentaré sólo uno de sus posibles usos: convertir de .flv a .avi (XViD) ffmpeg -i video.flv -c:v mpeg4 -vtag xvid video.avi Existen algunas interfaces gráficas para ffmpeg como WinFF o Avanti, si no quieres complicarte con parámetros y opciones. 7. Montar una cuenta SSH remota como carpeta local Es posible montar la carpeta remota de una cuenta SSH como una carpeta local de nuestro sistema, permitiéndonos un acceso más rápido, fácil y cómodo. Para ello, basta con escribir: sshfs user@www.dominio.com:/home/user /mnt/carpeta Donde user es el nombre del usuario de la cuenta SSH, www.dominio.com es la IP o dominio a conectar, /home/user la carpeta remota y /mnt/carpeta la carpeta local donde será montada. Además, existe SSHFS Manager, un entorno gráfico para sshfs que nos permitirá hacer esto mismo desde un entorno Windows. También puedes utilizar el comando scp (cp vía ssh) para realizar copias de archivos a través de SSH como te indico en el siguiente manual básico: 10 comandos para trabajar en GNU/Linux. 8. Realizar modificaciones en varios archivos Imagina el siguiente escenario: 300 archivos con textos a modificar. ¿Cómo lo hacemos? ¿Abrimos y modificamos cada archivo uno por uno? ¿Creamos un script que recorra todos los archivos y vaya modificando los textos? No. Más fácil y rápido: sed -i 's/paco/Francisco/g' *.txt Este pequeño ejemplo, reemplaza el texto «paco» por «Francisco» en todos los archivos con extensión txt. ¿Fácil y rápido, no? En editores de texto basados en terminal hablo de sed, vim, mcedit y otros editores que pueden resultarte útiles y que permiten reemplazar texto utilizando expresiones regulares. Awk es otro magnífico lenguaje muy potente para manipulación de texto. 9. Desproteger archivos PDF Es posible que más de una vez te hayas encontrado con archivos PDF que se encuentran protegidos y no permiten imprimir, editar o incluso copiar su contenido. Podemos utilizar qpdf para desproteger estos archivos y generar un nuevo archivo PDF sin protección: qpdf --decrypt protected.pdf unprotected.pdf Obviamente, si el archivo PDF está protegido con un password, habrá que especificarlo con el parámetro --password, o utilizar algún comando como pdfcrack para intentar reventarlo. Bonus: ¿Interesado en más operaciones similares? Echa un vistazo a 10 operaciones útiles con archivos PDF: Separar páginas, añadir marca de agua, rotar páginas, etc... 10. Descargar archivos directamente (con resume) ¿Que necesidad hay de abrir un navegador si sabemos exactamente la URL del archivo a descargar? Ninguna. Por eso lo mejor es utilizar el comando wget y descargarlo directamente. Además, si utilizas el parámetro -c puedes activar el soporte para continuar descargas interrumpidas, y en el caso de haber descargado una parcialmente, no se elimina el archivo descargado, permitiendo continuar por donde iba, como se puede ver en la siguiente imagen: Bonus: En Windows, existe una versión con interfaz llamada wackget, que hace las veces de gestor de descarga minimalista, y que puedes encontrar en el artículo 20 programas para hacer Windows más cómodo.

Más información en: http://www.emezeta.com/articulos/10-comandos-interesantes-para-linux

Los administradores de sistemas y usuarios avanzados siempre echan mano de su querida línea de comandos o terminal para realizar tareas de una forma más rápida y eficiente. Sin embargo, aún muchos son reacios a utilizarla porque creen que es algo demasiado complejo.

A continuación, vamos a dar un repaso a una serie de comandos destinados a ejecutarse desde una terminal (incluso remotamente, sin necesidad de disponer de una interfaz gráfica), realizando ciertas tareas en muy poco tiempo y apenas algo de esfuerzo. La mayoría de estos comandos son programas que se pueden instalar facilmente mediante apt-get install (o el gestor de paquetes de tu distribución).

1. Controlar el ancho de banda del sistema

Es posible que queramos monitorizar el consumo de la conexión a Internet por parte del equipo en el que estamos, conociendo así el ancho de banda consumido. Esto se puede realizar de forma muy sencilla mediante el comando bmon (Bandwidth Monitor).
Este comando nos mostrará un sencillo panel con las diferentes tarjetas de red del sistema y el consumo de Internet que están realizando (RX = recibido = descarga, TX = transmitido = subida):

Pulsando g también podemos ver una pequeña «pseudo-gráfica» que representa la evolución del ancho de banda utilizado conforme pasa el tiempo, o pulsando d una tabla de estadísticas más detalladas.
Si esto nos parece poco aproximado, podemos utilizar nethogs, un comando que nos informará del consumo de ancho de banda por proceso o aplicación, muy útil para saber que programa está enviando o recibiendo información:

Por último, si en lugar de monitorizar, lo que queremos es restringir el ancho de banda para limitar el uso de Internet por parte de un equipo en la red, podemos hacer uso de wondershaper, que nos permitirá limitar el ancho de banda:
sudo wondershaper eth0 1024 512 El ejemplo anterior limita la conexión a 1024kbps de bajada y 512kbps de subida.
Bonus: Si te interesa conocer algunos trucos para conseguir exprimir tu conexión a Internet al máximo, echa un vistazo al artículo Internet más rápido.

2. Descargar videos de Youtube (u otras páginas)

Otra tarea que a veces suele tornarse compleja es realizar la descarga de un video de Youtube. Y ni hablar si tenemos que realizar una conversión posterior a un formato concreto (por ejemplo, mp4). Con clive es muy sencillo:

Basta con escribir clive seguido de la dirección del video de youtube. Esto nos descargará el archivo de video (en formato FLV), sin ningún paso adicional. Si además añadimos el parámetro --format hd, el video se descargará en formato MP4 a alta resolución. Entre las webs soportadas se encuentran youtube, last.fm, video google, dailymotion y vimeo, entre otros.

3. «Refuerzo negativo» para disléxicos

Con un simple apt-get install sl (o nuestro gestor de paquetes correspondiente) tendremos instalado este «refuerzo para disléxicos».
Steam Locomotive (sl) es un comando ideado para ser ejecutado cuando el usuario escribe mal el comando ls (listar ficheros), y mostrarnos un lento tren a modo de castigo para que no se vuelva a repetir otra vez.

Bonus: Si te interesan más curiosidades como esta (algunas completamente inútiles), puedes echar un ojo al artículo 20 curiosidades geeks para terminales Linux. ¡También cuento como ponerle sonido al tren para hacerlo más irritante!

4. Buscar archivos duplicados

Cuando tenemos gran cantidad de archivos almacenados en nuestros discos, otro problema clásico es el de tener archivos duplicados (imágenes, videos, mp3...). Este sencillo comando permite buscar y mostrarnos los archivos duplicados detectados en la ruta especificada:

También existe findimagedupes, que realiza una búsqueda de imágenes duplicadas de forma visual.

5. Navegar desde una terminal de texto

Si estamos conectados desde una terminal de texto (sin interfaz gráfico) o de forma remota vía SSH (por ejemplo) nos puede interesar consultar alguna página o buscar determinado sitio web. Para ello podemos utilizar los navegadores de modo texto:

Lynx

Lynx es quizás mi preferido debido a su potencia y gran cantidad de parámetros personalizables. No sólo es un excelente navegador de modo texto, sino que además permite la utilización del parámetro --dump o --source para obtener texto o código HTML para su posterior procesamiento, por ejemplo:
eog `lynx --dump xkcd.com | egrep imgs.xkcd` La línea anterior, obtiene el texto de la web de XKCD y extrae con egrep la imagen de su última tira, la cuál la muestra con el visor de imágenes eog.

w3m

Por otro lado, también tenemos a nuestra disposición w3m, un navegador más sencillo, pero igualmente interesante que nos puede servir de alternativa a Lynx:

Elinks

Si ninguno de estos dos navegadores nos agrada, también podemos utilizar elinks, un navegador de texto un poco más sencillo, con menús desplegables que nos permiten seleccionar diferentes opciones de una forma más cómoda, sin recordar los atajos o teclas necesarias para realizar ciertas tareas:

6. Conversión de formatos de archivos multimedia

Una de las soluciones más completas para la conversión de formatos de audio o video es ffmpeg. Mediante este comando podemos realizar multitud de tareas como conversión de MP4 a XViD, MP3 a OGG, extraer sonido de un video a MP3, convertir un video en un GIF animado, o incluso capturar nuestra actividad en pantalla en video (screencast).
Eso sí, la sintaxis del programa da para 2 ó 3 artículos más (o varios tomos), por lo que comentaré sólo uno de sus posibles usos: convertir de .flv a .avi (XViD)
ffmpeg -i video.flv -c:v mpeg4 -vtag xvid video.avi Existen algunas interfaces gráficas para ffmpeg como WinFF o Avanti, si no quieres complicarte con parámetros y opciones.

7. Montar una cuenta SSH remota como carpeta local

Es posible montar la carpeta remota de una cuenta SSH como una carpeta local de nuestro sistema, permitiéndonos un acceso más rápido, fácil y cómodo. Para ello, basta con escribir:
sshfs user@www.dominio.com:/home/user /mnt/carpeta Donde user es el nombre del usuario de la cuenta SSH, www.dominio.com es la IP o dominio a conectar, /home/user la carpeta remota y /mnt/carpeta la carpeta local donde será montada.

También puedes utilizar el comando scp (cp vía ssh) para realizar copias de archivos a través de SSH como te indico en el siguiente manual básico: 10 comandos para trabajar en GNU/Linux.

8. Realizar modificaciones en varios archivos

Imagina el siguiente escenario: 300 archivos con textos a modificar. ¿Cómo lo hacemos? ¿Abrimos y modificamos cada archivo uno por uno? ¿Creamos un script que recorra todos los archivos y vaya modificando los textos? No. Más fácil y rápido:
sed -i 's/paco/Francisco/g' *.txt Este pequeño ejemplo, reemplaza el texto «paco» por «Francisco» en todos los archivos con extensión txt. ¿Fácil y rápido, no?

En editores de texto basados en terminal hablo de sed, vim, mcedit y otros editores que pueden resultarte útiles y que permiten reemplazar texto utilizando expresiones regulares. Awk es otro magnífico lenguaje muy potente para manipulación de texto.

9. Desproteger archivos PDF

Es posible que más de una vez te hayas encontrado con archivos PDF que se encuentran protegidos y no permiten imprimir, editar o incluso copiar su contenido. Podemos utilizar qpdf para desproteger estos archivos y generar un nuevo archivo PDF sin protección:
qpdf --decrypt protected.pdf unprotected.pdf Obviamente, si el archivo PDF está protegido con un password, habrá que especificarlo con el parámetro --password, o utilizar algún comando como pdfcrack para intentar reventarlo.

10. Descargar archivos directamente (con resume)

¿Que necesidad hay de abrir un navegador si sabemos exactamente la URL del archivo a descargar? Ninguna. Por eso lo mejor es utilizar el comando wget y descargarlo directamente.
Además, si utilizas el parámetro -c puedes activar el soporte para continuar descargas interrumpidas, y en el caso de haber descargado una parcialmente, no se elimina el archivo descargado, permitiendo continuar por donde iba, como se puede ver en la siguiente imagen:

Cómo distinguir estrellas de neutrones y estrellas de quarks con ondas gravitatorias

Fuente: Francis (th)E mule

Nadie sabe si las estrellas de quarks existen, pero se publica en Science un artículo que muestra cómo distinguirlas de las estrellas de neutrones cuando están en un sistema binario y emiten radiación como un púlsar de milisegundos. Una estrella compacta en rápida rotación emite pulsos de radiación de forma periódica debido a su intenso campo magnético. Los sistemas binarios formados por dos púlsares han permitido verificar de forma indirecta la existencia de ondas gravitatorias gracias a la reducción de su periodo de emisión. Kent Yagi y Nicolás Yunes (Univ. Estatal de Montana, EEUU) afirman que las estrellas compactas en rotación rápida se deforman de forma diferente según su composición y que ello afecta a su emisión como púlsares. El resultado es que el momento cuadripolar de la radiación de los púlsares binarios es diferente entre estrella de neutrones y estrellas de quarks. La variación del periodo de emisión de los púlsares de milisegundos además de permitir comprobar la validez de la relatividad general (Premio Nobel de Física de 1993) también podría permitir descubrir la existencia de las estrellas de quarks. Para ello habría que observar uno que violara, en apariencia, la relatividad general, pero que lo hiciera siguiendo las predicciones de este nuevo artículo. Toda una sorpresa para muchos. El artículo técnico es Kent Yagi, Nicolás Yunes, “I-Love-Q: Unexpected Universal Relations for Neutron Stars and Quark Stars,” Science 341: 365-368, 26 Jul 2013.


Yagi y Yunes proponen usar este diagrama, al que llaman I-Love-Q, porque se basa en la teoría de Love para las mareas gravitatorias, para distinguir entre las estrellas de neutrones y las hipotéticas estrellas de quarks. La masa y el radio de una estrella compacta, sea una estrella de neutrones o una hipotética estrella de quarks, depende de la ecuación de estado de la materia nuclear a muy altas densidades (recuerda que la ecuación de estado relaciona la densidad de energía ρ con la presión p). Una estrella en rotación a alta velocidad se caracteriza por su momento de inercia y por su deformabilidad, esta última determinada por su momento cuadripolar y por el llamado número de marea de Love. En la actualidad las medidas astrofísicas no permiten distinguir entre estrellas de neutrones y estrellas de quarks (si existen) observadas de forma individual. Sin embargo, en sistemas binarios cuando se comportan como púlsares, la variación de su periodo en el diagrama I-Love-Q muestra una diferencia que podría permitir su descubrimiento. Buenas noticias a los amantes de la idea de las estrellas de quarks, cuya materia “extraña” (formada por quarks arriba, abajo y extraños) ha conmovido la imaginación de muchos escritores de ciencia ficción.
En este blog también puedes leer “Estrellas de quarks, entre la hipótesis y la realidad (o el caso de la supernova SN2006gy),” 20 julio 2008, y “El misterio del remanente de la supernova SN 1987A: quizás es una estrella de quarks,” 29 marzo 2009.
PS: En los comentarios SantaKlaus habla sobre el límite máximo para la masa de una estrella de neutrones. Todavía no lo sabemos. Estas estrellas están formadas por capas y la ecuación de estado exacta para su núcleo todavía no es conocida. Las estimaciones teóricas apuntan a una masa máxima del orden de 2,1 masas solares. Las dos estrellas de neutrones con mayor masa entre las conocidas están en un sistema binario acompañadas de una estrella enana blanca, lo que facilita la estimación de su masa, en los púlsares PSR J1614-2230 y PSR J0348+043, con masas de 1,97 ± 0,04 y 2,01 ± 0,04, resp. Por ello se cree que el límite de 2,1 masas solares es bastante razonable.

En cuanto a las (hipotéticas) estrellas de quarks el límite máximo para su masa se estima en unas 2,5 masas solares, aunque la incertidumbre es tan grande que podría estar entre 2 y 3 masas solares. Por ejemplo, B. Franzon et al., “Cold Quark Matter in Compact Stars,” AIP Conf. Proc. 1520: 382-384, 2013, estiman el siguiente diagrama masa versus radio para las estrellas de quarks.

En este campo las estimaciones son muy complicadas. Gracias a los experimentos sobre el plasma de quarks y gluones poco a poco se irá desvelando la física de las estrellas de quarks (si es que pueden llegar a existir).

Heteroestructuras de van der Waals basadas en grafeno

Fuente: Fracis (th)E mule

André K. Geim, Premio Nobel de Física por el grafeno, nos habla en Nature de las heteroestructuras de van der Waals, formadas por capas de un sólo átomo de grosor encajadas unas encima de otras como piezas de LEGO (las heteroestructuras convencionales se forman por capas cuyo grosor es de muchos átomos). Fabricar las heteroestructuras de van der Waals hace pocos años parecía imposible, pero ahora hay muchos grupos de investigación en el mundo que las estudian. Sus inusuales propiedades dan lugar a nuevos fenómenos físicos que podrían tener múltiples aplicaciones. Los que tengan acceso a Nature disfrutarán con el artículo A. K. Geim, I. V. Grigorieva, “Van der Waals heterostructures,” Nature 499: 419–425, 25 Jul 2013. Ya hablé de ellas en este blog en “Un curioso déjà vu: La mariposa de Hofstadter observada en Nature y en Science,” 26 Jun 2013.


Nos cuenta Geim que se publican unos diez mil artículos científicos sobre el grafeno al año, pero pocos de ellos se centran en el grafeno en exclusiva, la mayoría lo combina con otros materiales. Las heteroestructuras se forman combinando varias capas de materiales muy delgadas y ahora está de moda que el grafeno sea una de esas capas. Por ejemplo, se puede colocar una capa de grafeno encima de una capa de mica, y repetir la secuencia varias veces. Las heteroestructuras de van der Waals son muy interesantes porque son similares a los cupratos (óxidos de cobre) superconductores a alta temperatura. El grafeno quizás acabe formando parte de futuros superconductores artificiales fabricados capa a capa. Pero lo más interesante de las heteroestructuras de van der Waals son las nuevas propiedades que no han sido observadas en materiales naturales de estructura similar.

Esta tabla muestra los materiales conocidos a día de hoy que pueden formar cristales 2D a temperatura ambiente. El grafeno es el más conocido (monocapas de grafito), pero también han sido muy estudiados el nitruro de boro hexagonal (hBN), y el disulfuro de molibdeno (MoS₂), materiales muy usados como lubricantes sólidos por su alta estabilidad térmica y química. También se usan mucho el disulfuro de tungsteno 2D (WS₂), diselenuro de tungsteno (WSE₂) y el diseleniuro de molibdeno (Mose₂), que son química, estructural y electrónicamente similares a MoS₂. Además de varios derivados del grafeno.
Fabricar a escala masiva heteroestructuras de van der Waals ya no es una utopía. El enfoque más viable para la producción a escala industrial parece ser el crecimiento de monocapas individuales sobre soportes catalíticos, el aislamiento de capas 2D y su posterior apilado. Este método parece escalable. Habrá que esperar a los próximos años para ver cómo avanza esta tecnología, pero el futuro, sin lugar a dudas, es muy prometedor.

Hacia un nuevo tipo de electrónica en diamante, la “valletrónica”

Fuente: Francis (th)E mule

No hay dos sin tres. La electrónica y la espintrónica tienen compañía, la “valletrónica” (valleytronics), basada en los “valles” del espectro de energía de la banda de conducción que aparecen en un cristal que posee diferentes ejes de simetría, en lugar de la carga eléctrica o el espín de los electrones. Estos “valles” pueden atrapar electrones en momento lineal (no en posición), es decir, canalizan el flujo de carga. Cuando hay dos o más “valles” en la banda de conducción se pueden realizar dispositivos que controlen el flujo de carga atrapado en ellos. Se publica en Nature Materials el primer artículo que ha logrado controlar este fenómeno (la generación, transporte en distancias macroscópicas y detección de electrones “valle” de polarización) gracias a que en diamante los tiempos de relajación son grandes, unos 300 ns a una temperatura de 77 K. La clave del hallazgo es la ultrapureza del diamante utilizado (menos de 10^-13 defectos extrínsecos por cm³). Aunque la “valletrónica” acaba de nacer y no sabemos qué futuro tendrá (ni siquiera si llegará a adulta), este tipo de investigación me parece muy sugerente. Nos lo cuenta Christoph E. Nebel, “Valleytronics: Electrons dance in diamond,” Nature Materials 12: 690–691, 23 Jul 2013, que se hace eco del artículo técnico de Jan Isberg et al., “Generation, transport and detection of valley-polarized electrons in diamond,” Nature Materials 12: 760–764, 14 Jul 2013.


La estructura de la banda de conducción del diamante es similar a la del silicio, con seis “valles” orientados a lo largo de los ejes {100}. Los electrones en estos valles tienen una masa efectiva longitudinal de 1,15 m y una transversal de 0,22 m (donde m es la masa del electrón), lo que genera una anisotropía fuerte en la propagación del electrón en diferentes orientaciones cristalinas. El intercambio de fonones (vibraciones de la red cristalina) entre los “valles” es llamado dispersión o scattering en inglés. En el diamante la dispersión de fonones entre valles colocados en ejes ortogonales (f-scattering) requiere una energía de 120 meV (valor grande comparado con los 40 meV para el silicio); la dispersión de fonones entre valles colocados en el mismo eje (g-scattering) requiere más energía, unos 165 meV; pero también hay dispersión de fonones dentro de un mismo valle (ac-scattering). Cada uno de estos procesos de dispersión tiene asociada una escala de tiempo diferente. A baja temperatura, unos 77 K, se estima mediante simulaciones de Montecarlo que los eventos de dispersión-f, dispersión-g y dispersión-ac tienen escalas de tiempo de 300 ns, 1 ms y 1 ps (tres escalas de tiempo completamente diferentes). Como el intervalo de tiempo asociado a la recombinación entre bandas es de unos microsegundos, la mobilidad de los electrones está dominada  a 77 K por la dispersión-f (en silicio se han observado los electrones “valle” pero a una temperatura mucho más baja, la del helio líquido).

El nuevo artículo ha observado electrones polarizados en los “valles” de la banda de conducción en diamante gracias al gran intervalo de relación asociado a la dispersión-f (unos 300 ns). Ello ha permitido propagar estos electrones “valle” en distancias macroscópicas (unos 0,7 mm) y su posterior detección. Estos resultados demuestran la viabilidad de un nuevo tipo de “electrónica” basada en el control de los electrones “valle” utilizando diamantes ultrapuros (en la fotografía de abajo la fina capa de cristal de diamante está montada en un criostato semitransparente y se muestra el contacto eléctrico en malla de Ti/Al).

Confirman el origen de los elementos pesados

Fuente: Neofronteras

Logran confirmar que el origen de los elementos pesados está en la colisión de estrellas de neutrones.

Concepción artística de la colisión de estrellas de neutrones. Fuente: Dana Berry, SkyWorks Digital, Inc..

El Big Bang sólo produjo hidrógeno, helio y pequeñas trazas de elementos ligeros, como el litio de nuestras baterías. Son los elementos primordiales. Las reacciones de fusión de las estrellas pueden sintetizar el resto de los elementos de la tabla periódica necesarios para la vida, pero no los de número atómico más elevado, a los que llamaremos elementos “pesados”. El elemento de corte se suele colocar en el hierro, aunque esta frontera es un tanto difusa.
La razón es que las reacciones de fusión para producir esos elementos más pesados no producen energía, sino que la consumen. De hecho, la mejor manera de crear esos elementos pesados es por captura de neutrones.
Hasta hace no tanto se decía que esos elementos pesados, como el oro de nuestras joyas, el uranio de nuestros reactores o el platino que cataliza tanta química moderna, procedían de las propias explosiones de supernovas, una vez que la estrella ya no puede mantener más reacciones de fusión. Las simulaciones de modelos de explosiones de supernova no confirman dicha síntesis.
Hace tres años se publicaba en NeoFronteras una noticia sobre un estudio en el que se proponía que los elementos pesados se sintetizaban en colisiones entre estrellas de neutrones. El estudio era teórico, pero predecía bastante bien la síntesis de estos elementos a través del proceso “r” de captura de neutrones rápidos.
Lo bonito de la ciencia es que nos proporciona un método objetivo para rechazar las hipótesis o teorías. No importa lo bonita que sea, lo aceptada que esté en la comunidad o lo famosos o importantes que sean los gurús que mantienen una teoría, si el experimento falsa dicha teoría entonces esa teoría va a la basura.
La observación de estallidos de rayos gamma ha permitido comprobar que, efectivamente, en las colisiones de estrellas de neutrones se generan elementos pesados. Así, los investigadores que han hecho el descubrimiento estiman que la cantidad de oro eyectado por la colisión de dos estrellas de neutrones es de 10 masas lunares.
Estos estallidos se generan cuando chocan las estrellas de neutrones, que es el objeto que a veces queda tras una explosión supernova. Estos estallidos son las explosiones electromagnéticas más brillantes del Universo, tanto que se han detectado procedentes de los lugares más alejados del universo visible.
Los astrofísicos estiman que en nuestra Vía Láctea se da una colisión de dos estrellas de neutrones cada 100.000 años, así que todos los eventos de este tipo que se registran no proceden de la Vía Láctea y tienen una distribución aleatoria en el cielo.
Edo Berger, del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) y sus colaboradores estudiaron el estallido GRB 130603B que se dio a 3900 millones de años luz de nosotros, que fue uno de los estallidos más cercanos registrados. Fue registrado el pasado 3 de junio por el satélite Swift de la NASA y duró 0,2 segundos.
Aunque estos estallidos duran muy poco tiempo, se puede estudiar el remanente infrarrojo que viene después si los astrónomos se dan prisa en apuntar sus telescopios a ese lugar del cielo. El análisis de esa luz remanente reveló que no procedía de los sistemas de generación tradicionales, sino que estaba alimentado precisamente por el decaimiento radiactivo de los elementos sintetizados durante la colisión. Esto supone una corroboración de la nueva teoría que explica el origen de los elementos pesados.
Cuando este tipo de estrellas colisionan, las fuerzas de marea y de presión producen chorros de materia extremadamente caliente con una masa superior en varias veces a la masa de Júpiter. Es durante el enfriamiento de este plasma cuando se produce la mencionada síntesis nuclear de elementos pesados. Estos elementos son reciclados en cadenas nucleares que involucran también la fisión de núcleos superpesados y que finalmente dan lugar a los elementos pesados estables que podemos observar, por ejemplo en la corteza terrestre. El resultado es prácticamente insensible a las condiciones iniciales.
Los investigadores implicados calculan que cerca de una centésima de masa solar fue eyectada en la colisión que produjo GRB 130603B. Parte de ese material estaría constituido por elementos pesados, entre ellos el oro. Si se estima la cantidad de oro producida en una estas colisiones y el número de colisiones de este tipo que han tenido lugar hasta ahora, se puede afirmar sólo son necesarias este tipo de colisiones para explicar la cantidad de oro que hay en todo el Universo.
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Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Vídeo (mov).
Artículo original.
Sobre el origen de los elementos pesados.

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