Dibujo20150903  Physical processes of importance to weather prediction - nature14956-f2

Abbe (1901) y Bjerknes (1904) propusieron que las leyes de la física se podrían usar para pronosticar el tiempo. Los avances científicos y tecnológicos permiten pronosticar a 6 días con la misma precisión que a 5 días hace diez años o a 4 días hace 20 años. Richardson (1922) propuso la predicción numérica del tiempo: resolver mediante ordenador las ecuaciones de Navier-Stokes (incluyendo el efecto de la rotación de la Tierra) junto a las leyes de la termodinámica para los gases ideales para pronosticar los cambios espaciotemporales del viento, presión, densidad y temperatura de la atmósfera.

Charney, Fjoertoft, von Neumann (1950) usaron por primera vez un ordenador en Princeton para post-predecir el tiempo y Bolin (1955) lo usó en Estocolmo para predecirlo. Pero fueron necesarios los supercomputadores de la década de los 1970 para que las predicciones numéricas fueran fiables. Hoy en día se usa una jerarquía de muchos modelos acoplados con diferente nivel de complejidad que cubren las proyecciones globales del clima, la predicción meteorológica mundial y la modelización de área local para la predicción meteorológica de alta fiabilidad.

Nos lo cuenta el artículo de revisión (review) de Peter Bauer, Alan Thorpe, Gilbert Brunet, “The quiet revolution of numerical weather prediction,” Nature 525: 47–55, 03 Sep 2015, doi: 10.1038/nature14956.

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Dibujo20150903-Fig1-sony-dell-li-ion-battery-640x334

Te recomiendo leer mi última contribución “Recent advances in lithium-ion rechargeable batteries,” Mapping Ignorance, 02 Sep 2015, cuyo primer párrafo (en inglés) dice: “Lithium-ion batteries are widely used in portable electronic devices and electric vehicles since their introduction by Sony in 1991. Safety is an important concern since about two billion cells are produced every year but with a one-in-200,000 failure rate. Excessive temperature variations and high temperatures over the melting point of the metallic lithium can cause a thermal runaway reaction that ignites a fire and consequently cause a violent explosion. To avoid the inherent instability of lithium metal, non-metallic lithium batteries are preferred, but at the price of a lower energy density. However, in some cases Li dendrites form, leading to severe short circuiting. Hitoshi Maruyama, from University of Tsukuba, Ibaraki, Japan, and colleagues have proposed a new anode material that minimizes dendritic Li formation; concretely, they have suggested the use of three-dimensional amorphous silicon polymers poly(methylsilyne) and poly(phenylsilyne) for the anode. Both exhibit an excellent performance in thermal-abuse tests.”

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Mi post se basa en los siguientes artículos publicados en agosto:

  1. Hitoshi Maruyama et al., “Improving battery safety by reducing the formation of Li dendrites with the use of amorphous silicon polymer anodes,” Scientific Reports 5: 13219, 07 Aug 2015, doi: 10.1038/srep13219.
  2. Feng Leng et al., “Effect of Temperature on the Aging rate of Li-Ion Battery Operating above Room Temperature,” Scientific Reports 5: 12967, 06 Aug 2015, doi: 10.1038/srep12967.
  3. Sa Li et al., “High-rate aluminium yolk-shell nanoparticle anode for Li-ion battery with long cycle life and ultrahigh capacity,” Nature Communications 6: 7872, 05 Aug 2015, doi: 10.1038/ncomms8872.
  4. Goojin Jeong et al., “A room-temperature sodium rechargeable battery using an SO2-based nonflammable inorganic liquid catholyte,” Scientific Reports 5: 12827, 05 Aug 2015, doi: 10.1038/srep12827.
  5. Giuseppe Antonio Elia, Jusef Hassoun, “A Polymer Lithium-Oxygen Battery,” Scientific Reports 5: 12307, 04 Aug 2015, doi: 10.1038/srep12307.

Dibujo20150902 semileptonic b meson decay - anomaly - babar - belle - lhcb

La universalidad leptónica en el modelo estándar implica que los bosones vectoriales se acoplan por igual a las tres familias de leptones. BaBar, Belle y LHCb han observado una anomalía en la universalidad leptónica gracias a la desintegración semileptónica de los mesones Bº en mesones D*. La desintegración en un leptón tau y un neutrino tau es más probable que la desintegración en un muón o electrón y su neutrino. Babar, Belle y LHCb han observado la anomalía en el parámetro R(D*) a 2,7 σ, a 1,8 σ y a 2,1 σ, respectivamente, que algunos combinan hasta alcanzar 3,8 σ. Sin embargo, no se ha observado ninguna anomalía en el parámetro R(D).

¿Se oculta nueva física en esta anomalía? Aún no lo sabemos, pero hay que ser cautos. El valor de R(D*) está controlado por los errores sistemáticos y una anomalía a menos de 3 σ puede tener su origen en una estimación inapropiada de los sucesos de fondo (es decir, la relación señal/ruido). Además, combinar estas anomalías de forma naïve no es riguroso; algunos artículos apuntan a una anomalía combinada menor de 3,0 σ. Más aún, la estimación teórica depende del parámetro |Vcb| que se determina gracias, entre otras, a la desintegración del quark b → c + ℓ ν, es decir, a la del mesón Bº → D*+ ℓ ν, luego hay cierto círculo vicioso.

Deseamos ver nueva física y la buscamos con tanto ahínco que vemos indicios por doquier. Pero hasta que LHCb no analice esta anomalía con los datos del LHC Run 2 y se confirme su existencia con mayor significación no debemos hacernos demasiadas ilusiones. Los artículos relevantes son LHCb collaboration, “Measurement of the ratio of branching fractions BR(Bº→D*+τν))/BR(Bº→D*+μν),” arXiv:1506.08614 [hep-ex], Belle Collaboration, “Measurement of the branching ratio of B→D*τν relative to B→D*ℓν decays with hadronic tagging at Belle,” arXiv:1507.03233 [hep-ex], y The BABAR Collaboration:, “Measurement of an Excess of B→D*τν Decays and Implications for Charged Higgs Bosons,” Phys. Rev. D 88, 072012 (2013), doi: 10.1103/PhysRevD.88.072012, arXiv:1303.0571 [hep-ex]. Aunque muchos otros relacionados.

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Dibujo20150901 prl cover higgs cms atlas - higgs coupling summary - atlas cms lhc cern

La colaboración entre ATLAS y CMS es clave para caracterizar el Higgs. Ya se publicó el valor combinado para la masa del bosón de Higgs en la revista Physical Review Letters: 125,09 ± 0,24 GeV/c² = 125,09 ± 0,21 (est.) ± 0,11 (sist.) GeV/c². Ahora se hace público el análisis combinado ATLAS+CMS para cada uno de sus modos de producción y canales de desintegración. El valor que resume los resultados es la potencia de la señal (signal strength) μ = 1,09 ± 0,11, que es perfectamente compatible con el modelo estándar (μ = 1).

Ha hecho público estos resultados Marco Pieri, “Higgs boson coupling measurements,” The 3rd Annual Large Hadron Collider Physics Conference (LHCP2015), 01 Sep 2015 [contribution]. Ya me hice eco del resultado combinado para la masa en “Combinación oficial ATLAS+CMS para la masa del bosón de Higgs,” LCMF, 17 Mar 2015. El artículo ya publicado es G. Aad et al. (ATLAS Collaboration, CMS Collaboration), “Combined Measurement of the Higgs Boson Mass in pp Collisions at √s = 7 and 8 TeV with the ATLAS and CMS Experiments,” Phys. Rev. Lett. 114: 191803, 14 May 2015, doi: 10.1103/PhysRevLett.114.191803, arXiv:1503.07589 [hep-ex].

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Dibujo20150827 positron acceleration - nature com

El LHC es un colisionador circular de hadrones (protón contra protón). El futuro ILC será un colisionador lineal de leptones (electrón contra positrón); dos brazos lineales de unos 30 km de longitud con imanes superconductores acelerarán los leptones hasta energías de 0,5 TeV. ¿Hay alguna alternativa a estos colisionadores gigantescos? En los 1980 se propuso usar ondas de choque en plasmas para acelerar electrones y positrones en su estela, dando lugar a colisionadores de partículas de pequeño tamaño.

El mayor éxito de la técnica PWFA (Plasma WakeField beam-driven Acceleration) hasta ahora ha sido acelerar electrones hasta 52 GeV/m (es decir, 0,052 TeV en una distancia de un metro). Pero acelerar positrones es mucho más difícil, el récord eran 50 MeV/m. Se publica en Nature un nuevo récord, un billón de positrones acelerados por PWFA hasta 5 GeV/m. Lo importante es que la energía de los positrones acelerados es muy uniforme, requisito para usarlos en un colisionador de leptones. Se espera que en los próximos lustros se alcancen unos 50 GeV/m y se puedan diseñar colisionadores que usen esta técnica.

El artículo es S. Corde et al., “Multi-gigaelectronvolt acceleration of positrons in a self-loaded plasma wakefield,” Nature 524: 442–445, 27 Aug 2015, doi: 10.1038/nature14890; más información en Philippe Piot, “Particle physics: Positrons ride the wave,” Nature 524: 422–423, 27 Aug 2015, doi: 10.1038/524422a. El récord para la aceleración de electrones (52 GeV/m) se publicó en Ian Blumenfeld et al., “Energy doubling of 42 GeV electrons in a metre-scale plasma wakefield accelerator,” Nature 445: 741-744, 15 Feb 2007, doi: 10.1038/nature05538.

Sobre otra técnica de aceleración, basada en láseres, recomiendo leer “Avance teórico en los aceleradores de partículas mediante láseres: 250 julios acelerarán electrones a decenas de gigaelectrónvoltios,” LCMF, 05 Abr 2010.

Dibujo20150623 naukas bilbao 11-12 sep 2015

Entrada libre. Entrada gratuita. ¡Sí, gratis! La verdad, sólo tienes dos opciones. O vivirlo plenamente. O lamentarte. Podrás disfrutar de la compañía de grandes divulgadores. Compartirás experiencias con muchos aficionados a la divulgación como tú. Grandes momentos. Algunos inolvidables. Otros para olvidar. Pero Naukas Bilbao es un no parar. Un trajín continuo gracias a sus charlas de 10 minutos. Un formato que ya es toda una seña de identidad.

El programa DEFINITIVO ya se ha publicado. Espectacular. Como siempre. Naukas Bilbao es toda una garantía.

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Dibujo20150823 book cover - kepler - hubble - battaner

El físico burgalés Eduardo Battaner López, Catedrático de Astronomía y Astrofísica en la Universidad de Granada, pedagogo nato, tiene una amplia y reconocida trayectoria divulgadora. Uno de los padres del Instituto de Astrofísica de Andalucía, perteneciente al CSIC, coordina el grupo de “Astrofísica Galáctica” de la UGR, GRUPUS (Granatensis Universitas pro Universum Scientia). Hoy reseñaré sus libros “Kepler. El movimiento planetario. Bailando con las estrellas,” RBA (2012) [159 pp.] y “Hubble. La expansión del universo. El cosmos se hace mayor,” RBA (2013) [167 pp.].

Me gusta más “Hubble” que “Kepler”, pues demuestra mejor lo que uno espera de una biografía escrita por un científico que no es historiador. Eduardo contextualiza el trabajo de Hubble en su propia época, pero además incluye muchos detalles sobre su impacto en la actualidad. Ello no quita que ambos libros están muy bien escritos y se lean fácil. Como biografías que son, ambos incluyen bastante prensa rosa (“Hubble” más que “Kepler”), pero siempre tratando de justificar la personalidad de cada científico en su relación con sus pares.

Por todo ello te recomiendo ambos libros, que pertenecen a la colección Grandes Ideas de la Ciencia de RBA. Recientemente, Eduardo ha publicado un nuevo libro en dicha serie, “Chandrasekhar,” RBA (2015), pero no dispongo aún de copia, por lo que no he podido reseñarlo. Por cierto, Eduardo presume “de haber contado con la amistad del fallecido S. Chandrasekhar;” te recomiendo leer su artículo “Subramanyan Chandrasekhar,” Revista Española de Física, 59-65, Ene-Mar 2015 [PDF gratis].

Y ya que estamos también te recomiendo su libro de texto (para principiantes) “Introducción a la Astrofísica,” Alianza Editorial (1999), que incluye un último capítulo sobre Cosmología. Y su libro de divulgación “Un Físico en la calle: fluidos, entropía y antropía,” Universidad de Granada (2005). Por cierto, también ha escrito una novela “El astrónomo y el templario,” Nabla Ediciones (2010), que transcurre en los primeros años del reinado de Alfonso X de Castilla, ‘El Sabio’ (pero no la he leído aún).

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Dibujo20150828 Bell test setup - Aerial photograph Delft University

El físico francés Alain Aspect es firme candidato al Nobel de Física por su experimento tipo Bell de 1982. No lo ha recibido aún porque su experimento no está libre de loopholes. Ronald Hanson (Univ. Delft, Holanda) podría acompañarle, pues su grupo afirma haber logrado el primer experimento tipo Bell libre de todos los loopholes posibles. Si se confirma habrá colocado a Aspect en la antesala del Nobel y él mismo podría acompañar al maestro.

La desigualdad CHSH–Bell para una teoría local y realista implica que S ≤ 2. La mecánica cuántica predice S = 2 √2 = 2,83 > 2. El nuevo experimento ha demostrado S = 2,42 ± 0,20, lo que implica verificar la violación de la desigualdad con un valor p de 0,039, es decir, unas 2,1 sigmas de confianza estadística. Habrá que repetir el experimento muchas más veces para incrementar esta confianza, pero como no se trata de física de partículas no se requieren las famosas 5 sigmas para proclamar que el resultado es espectacular.

Nos lo cuenta de forma estupenda Zeeya Merali, “Quantum ‘spookiness’ passes toughest test yet,” Nature News, 27 Aug 2015, que se hace eco del artículo B. Hensen et al., “Experimental loophole-free violation of a Bell inequality using entangled electron spins separated by 1.3 km,” arXiv:1508.05949 [quant-ph].

Recomiendo leer sobre loopholes a Chad Orzel, “New Experiment Closes Quantum Loopholes, Confirms Spookiness,” Forbes, 27 Aug 2015.

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Dibujo20150826 hawking - kth royal institute of technology - sweden - youtube

Ya está disponible el vídeo youtube con la charla de Stephen Hawking ayer en el KTH Royal Institute of Technology, Estocolmo, Suecia. Ya ha sido visto más de 80000 veces, luego supongo que ya lo habrás visto. Pero en esta entrada trataré de aclarar un poco qué es lo que dice (aunque hasta que se publique el artículo técnico no tenemos muchos detalles).

Hawking propone que la información cuántica se pierde de igual forma a como ocurre cuando se quema un objeto (a partir del humo y la ceniza es imposible reconstruir el objeto). Su idea es combinar los trabajos recientes de Joseph Polchinski sobre el comportamiento caótico de la matriz S asociada a un agujero negro, pero evitando la idea de que hay un “muro de fuego” (firewall) que “quema” la información, como sugiere Polchinski. Para ello se basa en trabajos recientes de Andrew Strominger sobre las supertraslaciones en el marco de las simetrías BMS.

Su propuesta es que la información cuántica que cae en el agujero negro (r < M) se almacena en su horizonte cercano (M < r < 2 M) en forma de supertraslaciones (estas simetrías del grupo BMS tienen asociadas campos tensoriales antisimétricos con cargas que pueden almacenar la información). La matriz S del agujero negro describe estas supertraslaciones y se comporta de forma caótica. Por tanto, la información cuántica es radiada de forma caótica, se pierde y no se puede recuperar a partir de la radiación de Hawking. Preskill le ganó la apuesta a Hawking en 2004, pero ahora Hawking se la gana en 2015.

Más información en Joseph Polchinski, “Chaos in the black hole S-matrix,” arXiv:1505.08108 [hep-th], y Daniel Kapec, Vyacheslav Lysov, Sabrina Pasterski, Andrew Strominger, “Higher-Dimensional Supertranslations and Weinberg’s Soft Graviton Theorem,” arXiv:1502.07644 [gr-qc].

PS: Te recomiendo leer a Lubos Motl, “Stephen Hawking “solves” the information loss paradox again,” The Reference Frame, 26 Aug 2015. Nos ofrece una versión diferente, destacando lo aparecido en el blog de Sabine Hossenfelder (Bee), “Hawking proposes new idea for how information might escape from black holes,” Backreaction, 25 Aug 2015.

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Dibujo20150828 Hawking outside the KTH Royal Institute of Technology in Stockholm - yesterday - action press - rex

Hoy por la mañana, en una conferencia científica sobre la radiación de Hawking en agujeros negros celebrada en Estocolmo, el famoso físico teórico Stephen Hawking anunció una solución para el problema de la información cuántica en agujeros negros. Su trabajo conjunto con Andrew Strominger, experto en teoría de cuerdas, y Malcom Perry, experto en supergravedad, propone una nueva solución holográfica que en lugar de usar la correspondencia AdS/CFT de Maldacena (1997) usa la correspondencia BMS/CFT de Barnich y Troessaert (2010). La información cuántica estaría almacenada en el horizonte de sucesos del agujero negro en forma de supertraslaciones (concepto de 1962 que no tiene nada que ver con la supersimetría y las supertraslaciones que se usan en supergravedad).

Según Sabine Hossenfelder, aka Bee (@skdh), que asistió en directo a la conferencia, Hawking asistió en abril a una conferencia de Strominger sobre sus recientes trabajos en supertraslaciones BMS y se le ocurrió la idea de la nueva solución. No se ha publicado ningún artículo técnico, luego carecemos de detalles. Esta tarde ha impartido una conferencia Perry que ha ofrecido más detalles. Te recomiendo leer el post de Bee, “Hawking proposes new idea for how information might escape from black holes,” Backreaction, 25 Aug 2015.

Nos cuenta Sabine que la charla de Malcom Perry ha ofrecido más detalles. Se trata de una solución clásica basada en las cargas asociadas al grupo de simetría BSM. Por supuesto, una solución clásica implica un número infinito de cargas. Para obtener un número finito de cargas (que describa la entropía de Bekenstein–Hawking de los agujeros negros) hay que recurrir a una cuantización. Según Sabine, Perry no ha ofrecido ninguna idea sobre cómo cuantizar su solución. Tampoco ha ofrecido una solución a cómo la información almacenada en el horizonte se almacena o es irradiada. Según Sabine, aún no hay una solución al problema de la pérdida de información cuántica en los agujeros negros. ¿Una nueva boutade de Hawking?

Más información divulgativa en Jacob Aron, “Stephen Hawking says he has a way to escape from a black hole,” New Scientist, 25 Aug 2015. Que nos cuenta que Hawking propone que las supertranslaciones en el horizonte constituyen una descripción holográfica de las partículas emitidas por la radiación de Hawking. Contienen la información que de otra forma se perdería. La radiación de Hawking emite partículas con un espectro térmico (sin rastro de dicha información), luego la nueva solución implica que la información se pierde (aunque no se destruye al entrar en el agujero negro). Eso según nos cuenta Aron.

Habrá que esperar a la publicación del artículo técnico para conocer los detalles, pero no quería perder la oportunidad de hablar de esta cuestión, que nos pone en el tintero muchos conceptos interesantes de física relativista.

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