Las dos óperas neutrínicas de OPERA, siguiendo a Matt Strassler

Fuente: Francis (Th)e mule

Me ha gustado como discute Matt Strassler, autor del blog Of Particular Significance, la diferencia que hay entre lo publicado por OPERA en septiembre (sea OPERA-1) y lo publicado en noviembre (sea OPERA-2). He de confesar que me encanta leer a Strassler, tiene un estilo a la hora de escribir que realmente me gusta, sobre todo cuando explica cosas difíciles sin opinar (sus opiniones me gustan menos y están sesgadas de forma sutil hacia la teoría de cuerdas). Aún así no puedo leer todo lo que escriben todos los blogueros que me gustan (ni todos los artículos técnicos que escriben; lo sé, he prometido leerlo, lo leeré, dame tiempo…). Por ello no había leído su entrada “OPERA: Comparing the Two Versions,” OPS 19 Nov. 2011, hasta que uno de mis lectores habituales, Planck, me la recomendó. Y yo he de recomendártela a tí también. Merece la pena. Permíteme un resumen de su entrada para ir abriendo boca (pero recuerda que lo “bueno” de Strassler es su estilo a la hora de escribir que en mi resumen se pierde completamente).
Los neutrinos producidos en el CERN (Ginebra) recorren unos 730 km de roca hasta llegar al laboratorio de Gran Sasso (Italia), donde son detectados si colisionan con algún átomo del detector. Estas colisiones son muy raras. Strassler estima que solo 1 de cada 1.000.000.000.000.000 neutrinos (uno en mil billones) de los producidos en el CERN son detectados por OPERA (este número es una aproximación de Strassler). En OPERA-2, entre el 22 de octubre y el 6 de noviembre, se han enviado desde el CERN a Gran Sasso unos 40.000.000.000.000.000 (40 mil billones de) neutrinos. Según Strassler son unos 100.000 pulsos cortos de unos 300.000.000.000 (300 mil millones de) neutrinos cada uno. Durante los 16 días que estado en funcionamiento del experimento OPERA-2 se han detectado 35 neutrinos; solo 20 cumplen con los estrictos requisitos de precisión que requiere la medida de su velocidad, por lo que 15 han sido descartados. Strassler destaca que en la mayoría de los pulsos de neutrinos enviados desde el CERN a OPERA no han sido detectado ningún neutrino.

El experimento OPERA-1 medió la velocidad de unos 15.000 neutrinos. ¿Por qué OPERA-1 necesitó tantos neutrinos? Porque su manera de medir la velocidad de los neutrinos es diferente y más complicada que la de OPERA-2. En el experimento OPERA-1 se enviaban pulsos largos de neutrinos con una duración de unos 10.000 nanosegundos pero ello no garantiza que algún neutrino sea detectado en cada pulso. Solo se han detectado 15.000 neutrinos en 15.000 pulsos largos. En la mayoría de dichos pulsos (tras recorrer en 2,4 milisegundos los 730 km de distancia) no se ha detectado nada, absolutamente nada. Los 15.000 neutrinos han sido detectados uno a uno durante los 3 años que ha durado el experimento OPERA-1. Los pocos neutrinos que son detectados son identificados como pertenecientes a un pulso largo, pero su velocidad individual es imposible de medir con una precisión de 60 ns porque la incertidumbre en su lugar de “nacimiento” en el CERN es de 10500 ns.

¿Cómo ha medido OPERA-1 la velocidad de los neutrinos con una precisión de 60 ns? El truco es considerar muchísimos neutrinos (más de 15.000) y estudiar la distribución estadística de sus tiempos de llegada, como ilustra la figura de arriba de M. Strassler (una versión simplifica de la figura original del artículo que ya he publicado en este blog antes). Un ajuste estadístico de esta distribución de neutrinos con la distribución de los protones medida en el CERN (los neutrinos en el CERN no pueden ser detectados) ha permitido determinar que los neutrinos llegan 60 ns antes de tiempo. El ajuste estadístico se basa en ciertos picos que aparecen dentro de la distribución de protones que se parecen a picos que también aparecen en la distribución de neutrinos. Esta medida ha generado cierta polémica pues se basa en la hipótesis de que estos picos no han cambiado durante el trayecto de los neutrinos entre el CERN y Gran Sasso.

En el experimento OPERA-2 se han utilizado pulsos cortos de solo 3 nanosegundos, mucho más cortos que los 60 ns de adelanto medidos, que se han separado unos 524 nanosegundos, mucho más que los 60 ns de adelanto. Con pulsos tan cortos y tan bien separados, cuando se detecta un neutrino se sabe perfectamente qué pulso corto lo generó en el CERN. Como ilustra la figura de Matt Strassler, OPERA-2 ha podido medir la velocidad individual de cada neutrino detectado. Estos neutrinos han llegado entre 40 ns y 90 ns antes de lo esperado, con una media de unos 62 ns. Este resultado está fuera de toda duda. Cada uno de los neutrinos ha llegado antes de tiempo con toda seguridad. Con el experimento OPERA-1 no se podía estar tan seguro, pero ahora la seguridad es absoluta.

El análisis estadístico de los 20 neutrinos detectados en Gran Sasso por OPERA-2 es mucho más fiable que el de OPERA-1, como muestra la figura de arriba de Matt Strassler. ¿Por qué no llegan todos los neutrinos con el mismo retraso? La razón es debida a la incertidumbre experimental en el momento de llegada. ¿Qué conclusiones podemos extraer de la comparación entre OPERA-1 y OPERA-2? Strassler nos las aclara de forma inmejorable.
PRIMERO. Los resultados de OPERA-2 no confirman que OPERA-1 haya medido correctamente la velocidad de los neutrinos. Todas las fuentes de error a la hora de medir las distancias y los tiempos en OPERA-1 siguen estando en las medidas de OPERA-2. Lo que ha confirmado OPERA-2 es que las posibles fuentes de error afectan a cada neutrino por separado y no están relacionadas con la forma de los pulsos de neutrinos que utilizó OPERA-1. La fuente más obvia de error en OPERA-1 ha sido descartada, pero podría haber muchas otras fuentes de error.
SEGUNDO. Que haya un cierto error en el momento de llegada de los neutrinos (de unos 25 ns por arriba y por abajo) no significa que los neutrinos se muevan con velocidades diferentes. El resultado de OPERA-2 es consistente con que todos los neutrinos se propagan a la misma velocidad. Sin embargo, OPERA-2 no demuestra que todos los neutrinos se hayan propagado a la misma velocidad, solo podemos afirmar que OPERA-2 no demuestra que los neutrinos no se propagan a la misma velocidad (os dejo la frase original con sus negritas “OPERA-2 doesn’t prove the neutrinos are all traveling at the same speed, only that OPERA-2′s result does not prove that the neutrinos are not traveling at the same speed”).
TERCERO. Por qué ha costado solo 2 semanas realizar el experimento OPERA-2 mucho más preciso que OPERA-1 que necesitó 3 años. Por qué no se diseñó desde el principio OPERA-2. La razón es sencilla, el objetivo científico de OPERA no era medir la velocidad de los neutrinos muónicos, sino estudiar la oscilación de los neutrinos muónicos en neutrinos tau. La medida de la velocidad era un experimento colateral, de menor importancia (pues de pensaba que sería difícil obtener un resultado tan preciso como el que se ha obtenido). Un experimento de cara a la galería que se convertido en el experimento estrella de la colaboración OPERA. El patito feo se ha convertido en un espléndido cisne blanco.
CUARTO. Por qué no se hizo el experimento OPERA-2 antes de realizar el anuncio de los resultados de OPERA-1 si solo se han necesitado dos semanas. La verdad es que la razón por la que se podido hacer este experimento en solo dos semanas ha sido por el gran revuelo mediático provocado por OPERA-1. Lo normal hubiera sido que este segundo experimento hubiera requerido una petición formal de OPERA al CERN que de ser tramitada por los cauces usuales hubiera requerido varios meses. La petición ha sido tramitada por la vía de urgencia y por eso, incluso para la propio sorpresa de los físicos de OPERA, se ha podido desarrollar OPERA-2 justo en unas pocas semanas (las últimas con protones en el LHC antes de iniciar las colisiones con iones pesados). Además, OPERA se ha aprovechado de unas pruebas que se hicieron para estudiar colisiones protón contra ión, que también han sido adelantadas con la excusa de apoyar a OPERA. Dos pájaros matados de un solo tiro.

QUINTO. A partir de ahora qué podemos esperar de OPERA. En los próximos seis meses OPERA-2 podrá observar unos cientos de neutrinos mejorando la estadística de su experimento. Ello le permitirá estudiar con detalle la dependencia con la energía y con la velocidad de los neutrinos que se observan. Esta dependencia con la energía es la clave del futuro próximo de los neutrinos superlumínicos de OPERA. Los neutrinos observados en explosiones de supernovas tienen una energía entre 0,01 y 0,04 GeV, y su velocidad aparente es la velocidad de la luz. Los neutrinos de OPERA tienen energías 1000 veces mayores, entre 10 y 40 GeV, y su velocidad aparente es mayor que la velocidad de la luz. Los físicos teóricos necesitan saber cómo depende dicha velocidad con la energía. Si los neutrinos de OPERA no presentaran una dependencia inversa con la energía, todo apunta a que hay un error en el experimento. La figura de arriba muestra las dos posibilidades razonables.
Y SEXTO. Hay muchos detalles técnicos complicados en el experimento OPERA que deberán ser comprobados con sumo cuidado, en especial en el contexto del experimento OPERA-2. Hay mucho trabajo pendiente para los físicos de OPERA durante los próximos meses y seguiremos informando de todo lo que se vaya publicando. La verificación independiente del resultado de OPERA mediante MINOS (en EE.UU.) no se publicará hasta el verano próximo (y el error experimental será alto); una verficación fiable requerirá algo más de tiempo (entre uno y dos años). La verificación en T2K (en Japón) será aún más complicada y quizás no llegue a ser muy fiable en los próximos dos años. El experimento OPERA, cual conejito de Duracell, dará “cola” por muchos años.

Reinstalar paquetes facilmente

Fuente: El atareao

Si eres un alma inquieta y quieres estar a la última en todo lo referente a Ubuntu, es seguro, que cada nueva distribución que sale la instalas. Lo normal es que tengas /home en una partición independiente con lo que tu información no se pierde. Pero sin embargo, tienes que reinstalar todos los paquetes que has ido instalando poco a poco de una distribución a otra, lo que al final se hace realmente pesado.
Pues hay una sencilla solución: P-launcher.

Petrakis ha desarrollado una aplicaciónque permite ver y salvar los paquetes instalados en distribuciones basadas en Debian. No se trata de una aplicación para sustituir a Synaptic, sino que te permite acceder a todos los paquetes instalados. Las funciones que te permite son:

• Se permite crear una lista de todos tus paquetes instalados

• Te permite ver todos los paquetes instalados, acceder a las páginas de ayuda de ese paquete, ver el contenido y los detalles del paquete (como autor, licencia, dependencias, etc), reinstalar, actualizar, eliminar, incluso borrando los archivos de configuración del paquete seleccionado.

• Puedes actualizar todos los paquetes instalados
• Te muestra como instalar paquetes desde las listas guardadas con esta aplicación.
• Puedes hacer un backup de las fuentes

En fin, como he dicho es una herramienta muy interesante para no perder el tiempo reinstalando tu sistema.
Puedes obtener más detalles de la aplicación, en la página web de P-launcher, también puedes seguir estas sencillas instrucciones para descargarlo y ponerlo en funcionamiento:

wget http://gnome-look.org/CONTENT/content-files/128561-P-launcher.sh.zip

unzip 128561-P-launcher.sh.zip

chmod +x P-launcher.sh

./P-launcher.sh

Neutrinos superlumínicos: OPERA confirma y envía resultados, pero continúa el malestar

Fuente: Ciencia Kanija

Artículo publicado el 17 de noviembre de 2011 por Edwin Cartlidge en Science Insider

Nuevas pruebas de alta precisión llevadas a cabo por la colaboración OPERA, en Italia, confirman ampliamente su afirmación, hecha en septiembre, de haber detectado neutrinos que viajan más rápido que la velocidad de la luz. La colaboración envió hoy sus resultados a una revista, pero algunos miembros siguen insistiendo en que se necesitan más comprobaciones antes de que los resultados puedan considerarse sólidos.

OPERA mide las propiedades de los neutrinos que son enviados a través de la Tierra, desde el laboratorio de física de partículas del CERN en Ginebra, Suiza, hasta su detector situado bajo la montaña Gran Sasso en Italia central. El 22 de septiembre, la colaboración informó en un artículo en ArXiv de haber medido la llegada de unos neutrinos unos 60 nanosegundos antes de lo que lo harían en el caso de viajar a la velocidad de la luz. Los investigadores obtuvieron el resultado estadísticamente, comparando la distribución temporal de protones dentro de los pulsos de 10,5 microsegundos que producen los neutrinos en el CERN, con la distribución de neutrinos observada en su detector.

CERN © by Wimox

Las nuevas pruebas, completadas el 6 de noviembre, acabaron los análisis estadísticos dividiendo cada pulso en grupos de 1 a 2 nanosegundos de duración, permitiendo que cada neutrino detectado en Gran Sasso estuviese ligado a un grupo particular producido en el CERN. Estas pruebas se llevaron a cabo a lo largo de 10 días y generaron 20 eventos. Los investigadores confirmaron que los neutrinos llegaban con 60 nanosegundos de antelación, con una incertidumbre de unos 10 nanosegundos, comparable al resultado inicial.

La colaboración también ha comprobado su análisis estadístico original, pero la decisión de hoy de enviar los resultados a una revista no era unánime. “Unas cuatro personas” de entre el grupo de aproximadamente 15 que no firmaron el borrador, han firmado el envío a la revista, de acuerdo con una fuente interna de la colaboración, mientras que “cuatro nuevas personas” han decidido no firmarlo. Esto deja el número de disidentes en unos 15, en comparación a los 180 que firmaron el envío a la revista.

Una gran preocupación entre los disidentes, es el hecho de que la “ventana de tiempo” dentro de la que se detectaron los neutrinos de OPERA en la última ejecución, tenía una anchura de 50 nanosegundos, algo que el líder del análisis superlumínico, Dario Autiero, sólo reveló una vez que se habían llevado a cabo las pruebas. Inicialmente se asumía que la ventana tenía apenas 10 nanosegundos de margen. Esta diferencia no afecta al propio resultado final, señala la fuente, pero los disidentes destacan el pobre procedimiento experimental. Algunos investigadores tampoco están contentos con que sólo una pequeña fracción del análisis, que se llevó a cabo por Autiero, haya sido comprobado independientemente por otros miembros de la colaboración. Esto deja abierta la posibilidad, dice, de que no se hayan tenido en cuenta todos los posibles errores.

La cuestión de si OPERA ha visto realmente, o no, neutrinos superlumínicos probablemente sólo se zanjará una vez que se tengan los resultados de otros experimentos.Mientras tanto, dentro de OPERA, “la gente está exhausta”, dice la fuente. “Todo el mundo debería estar convencido de que el resultado es real, y no lo están”.

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Autor: Edwin Cartlidge
Fecha Original: 17 de noviembre de 2011
Enlace Original

Un teorema sacude los cimientos cuánticos

Fuente: Ciencia Kanija

Artículo publicado por Eugenie Samuel Reich el 17 de noviembre de 2011 en Nature News

La función de onda es un objeto físico real, después de todo, dicen los investigadores.

En el corazón de la extrañeza por la que es famoso el mundo de la mecánica cuántica, está la función de onda, una poderosa y misteriosa entidad que se usa para determinar la probabilidad de que las partículas cuánticas tengan ciertas propiedades. Ahora, un borrador publicado on-line el 14 de noviembre¹reabre la cuestión de qué representa la función de onda – con una respuesta que podría sacudir las bases de la teoría cuántica. Mientras que muchos físicos han interpretado generalmente la función de onda como una herramienta estadística que refleja nuestra ignorancia sobre las partículas que medimos, los autores del último artículo defienden que, en lugar de esto, es físicamente real.

Ondas © by jasonr611

“No quiero sonar exagerado, pero creo que la palabra ‘sísmico’ es adecuada para aplicarla a este artículo”, dice Antony Valentini, físico teórico especializado en los cimientos de la cuántica de la Universidad de Clemson en Carolina del Sur.

Valentini cree que este resultado puede ser el teorema general más importante que relaciona las bases de la mecánica cuántica desde el Teorema de Bell, el resultado de 1964 en el cual el físico norirlandés John Stewart Bell demostró que si la mecánica cuántica describe entidades reales, tiene que incluir la misteriosa “acción a distancia”.

La acción a distancia tiene lugar cuando interactúan un par de partículas cuánticas, de tal forma, que quedan entrelazadas. Pero el nuevo artículo, realizado por un trío de físicos liderados por Matthew Pusey del Imperial College de Londres, presenta un teorema que demuestra que si una función de onda cuántica fuese una herramienta puramente abstracta, entonces, incluso los estados cuánticos que no están conectados a través del espacio y el tiempo, serían capaces de comunicarse entre sí. Dado que parece muy improbable que esto sea cierto, los investigadores concluyen que la función de onda debe ser real físicamente, después de todo.

David Wallace, filósofo de la física en la Universidad de Oxford, Reino Unido, dice que el teorema es el resultado más importante en las bases de la mecánica cuántica que ha visto en sus 15 años de carrera profesional. “Esto elimina la oscuridad y demuestra que no puedes tener una interpretación de un estado cuántico como probabilístico”, señala.

Debate histórico

El debate sobre cómo comprender la función de onda se remonta a la década de 1920. En la ‘interpretación de Copenhague’ desarrollada por el físico danés Niels Bohr, la función de onda se considera una herramienta de cálculo: da resultados correctos cuando se usa para calcular la probabilidad de que las partículas tengan distintas propiedades, pero los físicos se vieron animados a no buscar una explicación más profunda de lo que es la función de onda.

Albert Einstein también estaba a favor de una interpretación estadística de la función de onda, aunque pensaba que tenía que haber alguna otra realidad subyacente aún por descubrir. Pero otros, como el físico austriaco Erwin Schrödinger, consideraban que la función de onda, al menos inicialmente, debe ser un objeto físico real.

La interpretación de Copenhague perdió popularidad después, pero la idea de que la función de onda refleja lo que podemos conocer sobre el mundo, en lugar de una realidad física, ha vuelto a estar en alza en los últimos 15 años con el auge de la Teoría de la Información Cuántica, dice Valentini.

Rudolph y sus colegas pueden detener esta tendencia. Su teorema, efectivamente, dice que los sistemas cuánticos individuales deben “conocer” exactamente para qué estado han sido preparados, o los resultados de las medidas sobre ellos llevaría a resultados incongruentes con la mecánica cuántica. Rechazaron hacer comentarios mientras el borrador está en el proceso de envío a la revista, pero dicen en su artículo que su hallazgo es similar a la idea de que una moneda individual que se lanza de manera sesgada – por ejemplo, de forma que sale ‘cara’ seis de cada diez veces – tiene la propiedad física intrínseca de estar sesgada, en contra de la idea de que el sesgo es simplemente una propiedad estadística de muchos resultados del lanzamiento de la moneda.

Información cuántica

Robert Spekkens, físico en el Instituto Perimeter de Física Teórica en Waterloo, Canadá, que ha apoyado una interpretación estadística de la función de onda, dice que el Teorema de Pusey es correcto, y un resultado fantástico, pero no está de acuerdo en la conclusión que debería extraerse del mismo. Apoya una interpretación en la que todos los estados cuánticos, incluyendo los no entrelazados, están relacionados después de todo.

Spekkens añade que espera que el teorema tenga amplias consecuencias para la física, como el Teorema de Bell y otros teoremas fundamentales. Nadie previó en 1964 que el Teorema de Bell plantaría las semillas de la Teoría de la Información Cuántica y la Criptografía Cuántica – ambas dependiendo de fenómenos que no son posibles en la física clásica. Spekkens cree que este teorema puede tener, finalmente, un impacto similar. “Es muy importante y hermoso por su simplicidad”, comenta.

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Artículo de Referencia:
1.-Pusey, M. F., Barrett, J. & Rudolph, T. http://lanl.arxiv.org/abs/1111.3328 (2011).
Autor: Eugene Samuel Reich
Fecha Original: 17 de noviembre de 2011
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Tras 23 años, el “teorema a” parece que ya tiene demostración

Fuente: Francis (th)E mule

Hace 23 años, el físico teórico John Cardy conjeturó una propiedad que debía cumplir toda teoría cuántica de campos que describa partículas a alta y a baja energía, a la que denominó “teorema a.” Pensó que sería fácil demostrarla, pero no ha sido así. Una demostración se publicó en ArXiv en julio de 2011, gracias a Zohar Komargodski y Adam Schwimmer, dos físicos teóricos del Instituto Weizmann, en Israel. ¿Es correcta esta demostración? Tras varios meses de estudio, el consenso se resume en las palabras de Nathan Seiberg, físico teórico del Instituto de Estudio Avanzado de Princeton, Nueva Jersey: “Creo firmemente que es correcta.” Nos lo cuenta Eugenie Samuel Reich, “Proof found for unifying quantum principle. Twenty-three-year-old conjecture set to guide future quantum field theories,” Nature News, 14 November 2011; la demostración, solo para expertos, es Zohar Komargodski, Adam Schwimmer, “On Renormalization Group Flows in Four Dimensions,” ArXiv, 20 Jul 2011 (last revised 22 Aug 2011). Yo me enteré de este resultado gracias a Matt Strassler, físico teórico de la Universidad de Rutgers, New Brunswick, Nueva Jersey, bloguero que ya se hizo eco de este consenso en “A Day At Stony Brook,” Of Particular Significance, Nov. 9, 2011 (en las Jornadas CPAN en Barcelona me hablaron maravillas de Strassler, a quien yo consideraba erróneamente como “otro físico de cuerdas metido a bloguero”).
Las teorías cuánticas de campos en 4D no pueden ser resueltas de forma exacta (salvo en ejemplos triviales), por lo que es imposible saber qué predicen en detalle para las propiedades de las partículas que describen. Por ejemplo,  no conocemos todo lo que predice la cromodinámica cuántica (QCD), la teoría de la interacción fuerte que describe las interacciones entre quarks y gluones (las partículas que constituyen los protones y los neutrones de los núcleos de los átomos). Gracias a la propiedad llamada “libertad asintótica” esta teoría a alta energía (o distancias muy cortas) es mucho más sencilla que a baja energía y hemos podido verificar sus predicciones en el LHC del CERN y en el Tevatrón del Fermilab. Pero a baja energía sus predicciones aún son una gran incógnita (por ejemplo, todavía no se sabe si la QCD predice correctamente muchas de las propiedades conocidas del protón y del neutrón, aunque todo el mundo cree que así es y hay ciertas indicaciones al respecto gracias a las simulaciones de supercomputadores que utilizan la QCD en redes).
El “teorema a” de Cardy es un principio general que relaciona el comportamiento de una teoría a gran energía (distancias cortas) con dicha teoría a baja energía (distancias grandes). Este principio es uno de los pocos principios generales que se conocen en teorías cuánticas de campos. Cardy demostró el “teorema a” en una teoría cuántica de campos 2D (1+1) y conjeturó que también se cumpliría en 4D (3+1). Pero en 2008 se descubrió un contraejemplo, una teoría cuántica de campos que no cumplía el “teorema a”  (Alfred D. Shapere, Yuji Tachikawa, “A counterexample to the a-’theorem’,” Journal of High Energy Physics 12(2008)020); pero resultó que el contraejemplo contenía un fallo (Davide Gaiotto, Nathan Seiberg, Yuji Tachikawa, “Comments on scaling limits of 4d N = 2 theories,” Journal of High Energy Physics 01(2011)078). Tras dos años pensando que el “teorema a” era incorrecto se reavivó el interés en demostrarlo.

Schwimmer y Komargodski publicaron una (posible) demostración del “teorema a” este pasado verano. La demostración no es perfecta y según los expertos algunas partes deben ser clarificadas y algunos pasos necesitan ser inspeccionados con mayor atención (sobre todo porque el contraejemplo de 2008 le puso la mosca en la oreja a muchos expertos). Sin embargo, el consenso ahora mismo es que la idea de la demostración, de gran belleza argumental, es correcta y que todos los pequeños defectos se podrán superar sin dificultades. Ya se sabe que la belleza matemática es una de las grandes guías para establecer el consenso sobre la validez de una demostración. El artículo está en proceso de revisión por pares y se espera que cuando acabe publicando todos los pequeños problemas observados hayan sido resueltos.

¿Para qué sirve el “teorema a”? Uno de los grandes problemas de las teorías cuánticas de campos supersimétricas es que no sabemos cuáles son sus predicciones generales, las cosas que predice toda teoría supersimétrica por ser supersimétrica. En la actualidad para buscar la SUSY en el LHC hay que estudiar las predicciones de un modelo concreto (sea MSSM, cMSSM, mSUGRA, etc.). El “teorema a” nos ofrece una predicción general de la supersimetría a baja energía que podría ser confirmada o refutada por los grandes colisionadores; caso de que esta propiedad fuera confirmada en el LHC tendríamos una prueba general indiscutible de la supersimetría, independientemente de que conozcamos o no la teoría supersimétrica correcta que describe el universo. El “teorema a” podría ser la luz en el camino, la guía que nos permita encontrar las señales de la física supersimétrica a baja energía (por ahora todo indica que las energías que puede explorar el LHC son “baja energía” para la SUSY).
Por supuesto, el “teorema a” tiene muchas otras aplicaciones en teoría cuántica de campos, por ejemplo, en física de la materia condensada, donde permite describir nuevas fases de la materia. Ahora bien, en estas teorías se requiere usar el “teorema a” en 3D (2+1), pero solo se ha demostrado en 2D y en 4D. ¿Quién logrará la demostración en 3D? ¿Será válido el “teorema a” en 3D? La demostración del “teorema a” en un número impar de dimensiones requiere técnicas matemáticas muy diferentes de las utilizadas por Komargodski y Schwimmer, por lo que algunos expertos opinan que serán necesarios otros 20 años de trabajo para lograr obtenerla. Incluso hay quien duda de que sea aplicable en 3D. Esperemos que se equivoquen.

¿Qué afirma el “teorema a”? Yo no soy experto, así que explicar este teorema sin usar matemáticas (que es lo más fácil para mí, pues basta copiarlas de cualquier artículo) es muy difícil para mí. Pero bueno, trataré de hacerlo. John L. Cardy en “Is there a c-theorem in four dimensions?,” Physics Letters B 215: 749-752, 1988, se preguntó si un resultado previo, el “teorema c” de Zamolodchikov válido en 2D se podía extender a un espaciotiempo con dimensión par (por ejemplo a 4D). Su conjetura estaba justificada porque el “teorema a” parecía cumplirse en la cromodinámica cuántica (QCD). La idea es estudiar la evolución de los grados de libertad de la teoría entre el límite ultravioleta (UV), distancias cortas, y el límite infrarrojo (IR), distancias grandes. El grupo de renormalización de la teoría evoluciona durante este proceso como el agua que cae por un montaña cuesta abajo y acaba en un lago situado en el valle. La montaña es rugosa, está llena de piedras y de irregularidades, y el agua ha de moverse entre ellas, con un flujo muy irregular. Sin embargo, el agua en el lago del valle está plano y libre de irregularidades. Los grados de libertad UV (“el grano fino”) se suavizan hasta desaparecer en el límite IR (“el grano grueso”) durante la evolución del grupo de renormalización. El “teorema a” afirma que toda teoría cuántica de campos en 4D tiene asociada una magnitud (llamada “a” por razones históricas), relacionada con la traza del tensor de energía-esfuerzo de la teoría, que decrece bajo la evolución del grupo de renormalización, es decir, en el paso del límite UV al límite IR, de las distancias cortas a las distancias grandes. En cierto sentido esta magnitud “cuenta” el número de grados de libertad de la teoría. La importancia de este teorema, aparte de su generalidad, es que la magnitud “a” está relacionada con la libertad asintótica en la teoría, con el fenómeno del confinamiento de las cargas libres y con la hadronización en QCD. Si el “teorema a” es válido, toda teoría gauge tendrá propiedades similares a la QCD. Su importancia en relación a la supersimetría se debe a que la mangitud ”a” en una teoría supersimétrica es fácil calcular a partir de las cargas R de la teoría. En teorías de campos conformes también es fácil de calcular esta magnitud (de ahí si importancia en relación a la correspondencia AdS/CFT de Maldacena y el principio holográfico). Bueno, no sé si he aclarado mucho lo que significa el “teorema a,” pero se trata de una cuestión técnica que yo no entiendo lo suficientemente bien como para explicarla mucho mejor.

Gran sorpresa en el LHC gracias a LHCb: La asimetría CP en el modelo estándar se oculta en las partículas con encanto

Fuente: Francis (th)E Mule

Los rumores indicaban que hoy en París, en el congreso HCP 2011, la colaboración LHCb iba a presentar una gran sorpresa relacionada con la violación de la simetría CP y así ha sido. Por primera vez se ha observado la violación de la simetría CP en las desintegraciones de los mesones encantados: cierto parámetro técnico es 80 veces mayor de lo esperado. En concreto se han estudiado las desintegraciones de los mesones D⁰, que están compuestos de un quark encanto (c) más un antiquark arriba (u), y de sus antipartículas, compuestas de un antiquark encanto (c) más un quark arriba (u). Sus desintegraciones Dº→K^-K⁺, y Dº→π^-π⁺, y las de su antipartícula determinan el valor de un parámetro llamado ΔA_CP que según los modelos teóricos debería ser menor de 0,01 %. La sorpresa es que LHCb ha medido un valor de ΔA_CP = -0,82 ± 0,21 ± 0,11 % (con 3,5 σ de confianza estadística tras analizar 0,58 /fb de datos de 2011, es decir, el 60% de todas las colisiones en LHCb durante 2011); lo dicho, un valor más de 80 veces mayor del esperado. Siempre se había pensado que la violación de la simetría CP en los mesones con quarks encanto (c) era casi nula, muy pequeña e incapaz de explicar la asimetría materia-antimateria tras la gran explosión. Este resultado es todavía provisional y tendrá que ser confirmado tras el análisis de más datos de colisiones, pero su importancia es enorme. Las transparencias de la charla de Mat Charles (Oxford), on behalf of the LHCb collaboration, “Search for CP violation in two-body charm decays at LHCb,” HCP 2011, 14 Nov. 2011. Noticia en la web del CERN en Antonella Del Rosso, “Charming surprise,” CERN News, 14 Nov. 2011, y en la web de LHCb, “CP violation in charm decays,” LHCb, 14 Nov. 2011.

Según nos cuentan en la noticia del CERN, hubo una reunión interna los días 10 y 11 de noviembre para discutir el impacto en las teorías actuales de este gran descubrimiento obtenido por la colaboración LHCb. Por supuesto, el resultado todavía es provisional y tendrán que ser confirmado (se espera la confirmación para principios de 2012 cuando se analicen el resto de los datos de las colisiones de 2011 aún almacenados en cinta), pero sus implicaciones sobre la asimetría entre materia y antimateria son muy importantes. De confirmarse significaría que el modelo estándar esconde en su interior la explicación de esta asimetría sin necesidad de nueva física (como esperaban impacientes muchos teóricos). La razón por la cual este resultado se había ocultado en los experimentos es porque la física del encanto (charm physics) de precisión es muy difícil de estudiar en los aceleradores anteriores como LEP y el Tevatrón.
Estoy escribiendo esta entrada con prisa y aún tengo que meditar las consecuencias profundas que se obtendrán de este resultado, pero puedo anticipar que no serán pocas. Todo indica que el modelo estándar es mucho más desconocido de lo que parecía.
Por cierto, puede que haya gente que afirme que este resultado es la primera evidencia de física más allá del modelo estándar, ya que se creía que éste predecía un valor casi nulo para el parámetro medido por LHCb. Sin embargo, me gustaría recordar a todos que las predicciones teóricas del modelo estándar para la física del encanto son muy difíciles de calcular y se utilizan modelos aproximados en los que se incluye como hipótesis de trabajo que la violación de la simetría CP observada es casi nula. Ahora que se cree (recuerda el resultado está aún sin confirmar) que es mucho mayor, habrá que rehacer los cálculos y, en mi opinión, se podrá acomodar el nuevo resultado dentro del modelo estándar como una de sus predicciones. Lo importante del nuevo resultado son sus consecuencias en los modelos cosmológicos y la evolución temprana del universo. Estoy seguro de que lloverán muchos artículos explicando estas consecuencias en las próximas semanas.
La opinión de otros blogueros (que actualizaré conforme vaya apareciendo): Jester, “LHCb has evidence of new physics! Maybe,” Résonaances, 14 Nov. 2011 (su explicación del resultado está muy bien); Philip Gibbs, “BSM CPV in LHCb at HCP11,” viXra log, Nov. 14, 2011; Lubos Motl, “LHCb reports a new source of CP-violation,” The Reference Frame, 14 Nov. 2011.
En lo que sigue añadiré una explicación sencilla al resultado observado. Los físicos y buenos aficionados a la física de partículas pueden omitir lo que sigue. La imagen está extraída de Anna Phan, “What exactly is CP violation?,” Quantum Diaries, 14 Nov. 2011. El texto es en su mayor parte de cosecha propia.

¿Cuál es la relación entre la violación de la simetría CP y la asimetría materia-antimateria en el universo? La idea es sencilla, la simetría CP aplicada a una partícula la transforma en su (como indica la figura de arriba), por lo que cualquier proceso que viole la simetría CP implica que dicho proceso actúa de forma diferente en partículas y antipartículas. Se cree que en los primeros instantes de la Gran Explosión (Big Bang) existía la misma cantidad de materia que de antimateria; pero hoy en día observamos un universo de materia sin ninguna antimateria (que sepamos no hay galaxias de antimateria, aunque nada prohíbe su existencia), con muchos más fotones (y neutrinos) que bariones (protones y neutrones en los núcleos de los átomos). Como la materia y la antimateria se aniquilan mutuamente produciendo energía (fotones), se puede explicar esta asimetría si toda la materia se aniquiló con toda la antimateria, salvo una minúscula cantidad. Este proceso asimétrico requiere, entre otras cosas, una pequeña violación de la simetría CP en la física de partículas. El problema es que la asimetría CP del modelo estándar que ha sido observada en los experimentos es demasiado pequeña para explicar la simetría materia-antimateria y se cree que debe haber asimetrías aún no observadas (como la que ha observado LHCb).

¿Cuál es la relación entre el resultado de LHCb y la simetría CP? Lo que se ha observado en LHCb son procesos de desintegración de un partícula (mesón D neutro) y de su antipartícula, que por ser ambas neutras se desintegran en pares de partícula-antipartícula (dos piones o dos kaones). Si la simetría se conservara en estas desintegraciones, no habría diferencia alguna entre la partícula y su antipartícula, serían indistinguibles si solo observamos sus desintegraciones (las distinguimos porque ellas mismas se producen en procesos diferentes). Sin embargo, LHCb ha observado una pequeña diferencia entre los modos de desintegración de la partícula y de su antipartícula, lo que las hace distinguibles estadísticamente. Esta pequeña asimetría es enorme, ya que según se cree el modelo estándar predice un valor muy pequeño para ella. Por eso esta inesperada noticia es bastante sorprendente.

¿Por qué es difícil observar estas desintegraciones en LHCb? Este experimento está centrado en el estudio de la física asociada a los quarks fondo (bottom o b). Las colisiones que se almacenan en disco para su análisis posterior son seleccionadas en tiempo real por un sistema de disparadores (triggers) que han sido ajustados para discriminar colisiones con quarks bottom y obviar las colisiones con quarks de menor masa (como los charm o c). Sin embargo, cierto número de triggers se han dedicado a estudiar las colisiones que no tienen quarks b (el porcentaje de datos almacenados en disco en dicho caso es pequeño, no sé exactamente cuál es). La idea principal es hacer chequeos de precisión del modelo estándar y comprobar que todo se está haciendo correctamente con los quarks b. Pero para sorpresa de muchos, se ha observado algo inesperado e interesante en estos eventos. Una violación de la simetría CP mayor de la esperada. Supongo que durante 2012 se dedicará mayor atención a este tipo de colisiones y se incrementará el slot dedicado a la física del encanto en el LHCb.

El tiempo del futuro… ¿En 28 horas?

Fuente: Neofosis

Dia de 28 horas, según el webcomic xkcd

Después de escribiros sobre los .beats y sobre los días de base decimal, creo que os hablaré sobre esta tercera opción, quizás la última, quizás una más. Dependiendo de como la acojáis.
Hablo de días de 28 horas. Hablo de 6 dias a la semana.
Bien. Hoy en día nuestra vida se basa en ese reloj de 24 días, con día y noche repartidos equitativamente, y es así desde la antigüedad. Pero no es la única manera.
Una de esas teorías es hacer días de 28 horas, de forma que una semana actual duraría 6 días en vez de 7. La ventaja sería que en estos días más grandes podríamos hacer más cosas, tanto trabajar (algo que a pocos gustará) como descansar y dormir (empezamos a hablar el mismo idioma, ¿eh?)
Esta semana de 4 horas diarias más, trabajaríamos 2 horas más diarias… pero nos quitaríamos un día de trabajo: seguiríamos trabajando unas 40 horas semanales con 2 días de fin de semana a los que llegaríamos descansados, tranquilos, sosegados y encima más largos de lo normal. ¡Y de noche, como dicen en la imagen! ¡Perfecto para los jóvenes que quieren salir y están muy cansados!  La monotonía de ver amanecer al despertarse y anochecer al acostarse desaparecería. Cada semana serían distinta a nuestros ojos.  Además de todas las ventajas medioambientales al tener que usar el vehículo de transporte un día menos a la semana…
Esto nos permitiría gastar menos tiempo en las rutinas diarias (1 día menos a la semana son 52 días menos al año, es un ahorro de tiempo).
Vale. Es dificil, por no decir imposible, poner en práctica este sistema. Pero quizás nos hubiera sido más útil haberlo aplicado…
… aunque hay gente que usaba sistemas también muy curiosos, como Leonardo Da Vinci o Buckminster Fuller. Quizás en otra ocasión.