Dibujo20170221 smash model particle content andreas ringwald et al june 2016

Hay cosas que el modelo estándar (SM) no explica. El modelo νMSM de Shaposhnikov añade tres neutrinos dextrógiros al SM con masas entre keV y GeV para explicar algunas. El español Guillermo Ballesteros y varios colegas proponen el modelo SM*A*S*H que añade al modelo νMSM un nuevo campo escalar, un axión y un quark vectorial. Las nuevas partículas tendrían una masa de unos mil millones de GeV, salvo el axión, más allá del alcance de los experimentos en el siglo XXI. Por tanto es un modelo no falsable (salvo por el axión que tendría una masa de unos 0,1 meV).

Con gran eco mediático, quizás por el llamativo nombre que recuerda a M*A*S*H, el nuevo modelo resuelve los cinco problemas siguientes: el bosón de Higgs junto al nuevo bosón escalar explicarían la inflación cósmica; los nuevos neutrinos dextrógiros estériles explicarían la asimetría materia-antimateria vía un mecanismo de leptogénesis y la materia oscura templada (WDM); el axión explicaría la materia oscura fría (CDM) y que la interacción fuerte no rompe la simetría CP; y, por último, los neutrinos serían fermiones de Dirac–Majorana, con masa de Dirac gracias al Higgs y de Majorana gracias al nuevo escalar.

Por cierto, me ha enfatizado César Tomé, @EDocet, que no olvide las predicciones del modelo inflacionario propuesto en SM*A*S*H, llamado inflación con Higgs y escalar oculto (HHSI por Higgs-Hidden Scalar Inflation). Estas predicciones podrían ser falsadas en las próximas décadas (quizás en los 2030). En concreto que el cociente entre modos tensoriales y modos escalares r ≃ 0,004 (los datos actuales apuntan a r < 0,07) y que el incremento en el número efectivo de neutrinos relativistas es ΔNeff ∼0,03 (el modelo ΛCDM predice ~ 0,046). Ambas predicciones se destacan en el resumen del artículo. Sin embargo, ambas son difíciles de falsar pues dependen de parámetros que se pueden reajustar si las observaciones así lo requieren.

Me enteré a finales de junio de 2016 en una charla de Andreas Ringwald [slides]; desde entonces muchos blogs y medios se han hecho eco. Ahora vuelve al candelero gracias a Guillermo Ballesteros, Javier Redondo, …, Carlos Tamarit, “Unifying Inflation with the Axion, Dark Matter, Baryogenesis, and the Seesaw Mechanism,” Phys. Rev. Lett. 118: 071802 (15 Feb 2017), doi: 10.1103/PhysRevLett.118.071802, arXiv:1608.05414 [hep-ph]. El artículo del congreso de junio es Andreas Ringwald, “SM*A*S*H,” arXiv:1610.05040 [hep-ph]. Puedes disfrutar de una descripción detallada de la propuesta en Guillermo Ballesteros, Javier Redondo, …, Carlos Tamarit, “Standard Model-Axion-Seesaw-Higgs Portal Inflation. Five problems of particle physics and cosmology solved in one stroke,” arXiv:1610.01639 [hep-ph] (89 pp.).

Más información divulgativa en Ana Lopes, “Synopsis: Model Tries to Solve Five Physics Problems at Once,” Physics, 15 Feb 2017; Sabine Hossenfelder @skdh, “A new theory SMASHes problems,” Backreaction, 16 Nov 2016; Shannon Hall, “Physics tweak solves five of the biggest problems in one go,” New Scientist, 27 Oct 2016; “This New Hypothesis Claims to Solve 5 of the Biggest Problems in Physics,” Science Alert, 31 Oct 2016; etc.

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Dibujo20170221 crispr cas in the laboratory classroom nature 10 1038 nmicrobiol 2017 18

La técnica de edición genómica CRISPR–Cas ya ha alcanzado la madurez suficiente para ser propuesta como una herramienta docente en microbiología. Las secuencias CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) y las proteínas expresadas por los genes cas actúan como un sistema inmune para ciertas arqueas y procariotas. Tras una infección vírica (bacteriófago), cierto trozo del virus se incorpora como secuencia CRISPR gracias a la maquinaria Cas. La secuencia CRISPR es transcrita a pequeños trozos de ARN capaces de reconocer futuras invasiones y activar el sistema Cas para cortar el ADN invasor.

La tecnología CRISPR–Cas9 se inspira en este sistema bacteriano para editar un genoma tanto en procariotas como en eucariotas. El sistema es tan barato y sencillo (al menos en procariotas) que profesores de bioquímica de la Université Laval, Québec, Canadá, llevan tres años incorporándola en sus clases de laboratorio de microbiología para alumnos de grado. Usan la bacteria Streptococcus Thermophilus, muy usada en la industria biotecnológica para fabricar yogurt y que queso. Así integran conocimiento de microbiología, virología, bioinformática y sistemas CRISPR–Cas. El protocolo es tan robusto que incluso las manos inexpertas de un alumno permiten su uso exitoso.

El artículo es Alexander P. Hynes, Marie-Laurence Lemay, …, Sylvain Moineau, “Detecting Natural Adaptation of the Streptococcus Thermophilus CRISPR-Cas Systems in Research and Classroom Settings,” Nature Protocols 12: 547-565 (16 Feb 2017), doi: 10.1038/nprot.2016.186, como nos cuentan en Luc Trudel, Michel Frenette, Sylvain Moineau, “CRISPR–Cas in the laboratory classroom,” Nature Microbiology 2: 17018 (17 Feb 2017), doi: 10.1038/nmicrobiol.2017.18. Sobre la historia de la ciencia básica detrás de la técnica recomiendo leer a Francisco J. M. Mojica, Francisco Rodriguez-Valera, “The discovery of CRISPR in archaea and bacteria,” The FEBS Journal 283: 3162–3169 (2016), doi: 10.1111/febs.13766.

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Dibujo20170218 book cover materia extrema enrique ruiz arriola rba paseo cosmos

“Podemos ver y escuchar al Big Bang, la gran obertura de una sinfonía celestial cuyos destellos y ecos llegan hasta nuestros días. [El] Little Bang reproduce lo que sabemos en los primeros microcompases y, a diferencia del Big Bang, nos permite oír a la orquesta afinar sus instrumentos cuando los núcleos de oro se contraen por efecto de la relatividad. Después, solo queda el mudo silencio que la mente humana reserva para los pensamientos más profundos”.

El título del libro de Enrique Ruíz Arriola, “La materia extrema. Estados exóticos de la materia en el cosmos y en el laboratorio”, Un paseo por el cosmos, RBA Coleccionables (2016) [175 pp.], sugiere que encontraremos una discusión detallada sobre el plasma de quarks y gluones, y otros estados de la materia hadrónica. Máxime cuando su autor es experto en el tema. Por desgracia, apena que algo tan conocido como el estado de plasma no aparezca hasta el capítulo sexto.

En cierto sentido me he sentido engañado, pues las primeras 115 páginas me parecen prescindibles, puro relleno. De hecho, recomiendo a los lectores que empiecen por la página 115 y omitan el resto. Aún así, el libro está bien escrito y el autor va ganando en seguridad conforme pasan las páginas. No es lo mismo pagar por un libro de 175 páginas para leer uno de 60 páginas, pero no recomiendo empezar por el principio, pues la mayoría de los lectores tipo de la colección de RBA se echarán atrás. Una pena.

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Dibujo20170216 extended data table pulsars with timing solutions in 47 tuc ngc 104 nature21361

Hace poco se publicó en Nature el descubrimiento de un nuevo tipo de agujero negro de masa intermedia. Con unas 2200 masas solares se encontraría en el centro del cúmulo globular 47 Tucanae. El logro se basa en un análisis de los púlsares que aparecen en esta tabla. Como fuente de estos datos se citan tres artículos científicos. Pero resulta que estos datos tan precisos no aparecen en dichos artículos. La reputación del autor principal, Abraham Loeb, está en entredicho.

Nos lo ha contado Chiara Mingarelli‏, @gravitate_to_me, experta en púlsares (tuit). Ella misma afirma que “there is currently a complaint lodged with Nature about this, and also how the data were used” [traducido «se ha presentado una queja a Nature sobre este tema, y sobre cómo se usan dichos datos»]. Los datos sobre los púlsares de la tabla que aparecen en los artículos citados tienen menor precisión (número de dígitos significativos) que los mostrados por Loeb y sus colegas. ¿Cuál es la causa de ese incremento en precisión? Una precisión menor afecta a las conclusiones del artículo. Además, Mingarelli nos cuenta que hay dudas sobre el método estadístico usado, el cálculo de las distancias, e incluso la interpretación del análisis.

Habrá que esperar a que el asunto se clarifique en los próximos meses. Mientras tanto habrá que ser escéptico respecto al nuevo artículo publicado en Nature, Bülent Kızıltan, Holger Baumgardt, Abraham Loeb, “An intermediate-mass black hole in the centre of the globular cluster 47 Tucanae,” Nature 542: 203–205 (09 Feb 2017), doi: 10.1038/nature21361, arXiv:1702.02149 [astro-ph.GA].

Los artículos citados como fuente de la tabla de púlsares son [10] P. C. Freire, F. Camilo, …, N. D’Amico, “Timing the millisecond pulsars in 47 Tucanae,” Mon. Not. R. Astron. Soc. 326: 901-915 (2001), doi: 10.1046/j.1365-8711.2001.04493.x, arXiv:astro-ph/0103372; [11] A. Ridolfi, P. C. C. Freire, …, A. Lyne, “Long-term observations of the pulsars in 47 Tucanae – I. A study of four elusive binary systems,” Mon. Not. R. Astron. Soc. 462: 2918-2933 (2016), doi: 10.1093/mnras/stw1850, arXiv:1607.07248 [astro-ph.HE]; y [12] Z. Pan, G. Hobbs, …, P. Freire, “Discovery of two new pulsars in 47 Tucanae (NGC 104),” Mon. Not. R. Astron. Soc. Lett. 459: L26-L30 (2016), doi: 10.1093/mnrasl/slw037, arXiv:1603.01348 [astro-ph.HE].

Dibujo20170216 rotation curves for exponential discs using Newtonian dynamics MOND and emergent gravity mnras arxiv org

Hoy se publican dos nuevos artículos que estudian las predicciones de la nueva gravedad emergente de Verlinde. Ambos artículos contradicen dicha teoría con diferente grado de certeza. El primer artículo observa que Verlinde exige una relación masa-luminosidad (M/L) para las estrellas más baja de la observada para explicar las curvas de aceleración radial en la parte central de las galaxias. De hecho, la nueva propuesta de Verlinde funciona peor en dicho caso que la propuesta MOND original de Milgrom.

El segundo artículo aplica la gravedad emergente a los planetas del Sistema Solar. Se observa una desviación en siete órdenes de magnitud. Esto ya lo sabía Verlinde, que siempre afirmó que su idea no es aplicable al Sistema Solar. Sin embargo, su idea no incluye ningún mecanismo específico que impida su aplicación a la escala del Sistema Solar. En rigor, hasta que no se descubra un mecanismo que apantalle sus efectos a pequeña escala, la contradicción con la Naturaleza es inevitable.

Por supuesto, todo el mundo cree que Verlinde modificará su gravedad emergente para evitar estos problemas. La cuestión es cómo (pues las modificaciones más obvias no parece que vayan a funcionar). Los artículos son Federico Lelli, Stacy S. McGaugh, James M. Schombert, “Testing Verlinde’s Emergent Gravity with the Radial Acceleration Relation,” MNRAS Letters (2017), arXiv:1702.04355 [astro-ph.GA], y Aurelien Hees, Benoit Famaey, Gianfranco Bertone, “Emergent gravity in galaxies and in the Solar System,” arXiv:1702.04358 [astro-ph.GA]. Me he enterado gracias a un tuit de uno de los autores (Benoit Famaey‏, @darth_ben).

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Dibujo20170215 STM characterization of a single-layer CAP on a Au surface nchem 2696_F1

El grafeno es el material plano más popular, pero hay otros. Se publica en Nature Chemistry el llamado grafeno orgánico, el primer material plano formado por un polímero aromático conjugado (2D-CAP), en concreto por monómeros tetrabromopoliaromáticos. Su grosor es de solo un nanómetro y presenta poros con un diámetro de ∼0,6 nm. Además se pueden apilar varias capas para formar un 2D-CAP multicapa análogo al grafeno multicapa.

El artículo es Wei Liu, Xin Luo, …, Kian Ping Loh, “A two-dimensional conjugated aromatic polymer via C–C coupling reaction,” Nature Chemistry (16 Jan 2017), doi: 10.1038/nchem.2696. Nos lo cuentan Maryam Ebrahimi, Federico Rosei, “Materials science: Organic analogues of graphene,” Nature (15 Feb 2017), doi: 10.1038/nature21503.

Esta entrada participa en la LXII edición del Carnaval de Química, alojada en el blog ‘Huele a Química‘ de @hueleaquimica. El protagonista de esta edición es el samario (Sm), el elemento número 62 de la tabla periódica, y el sexto elemento de la serie de los Lantánidos.

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Dibujo20170215 neural network representation many-body problem two-dimensions science mag

Las redes de neuronas artificiales permiten obtener soluciones analíticas aproximadas a ecuaciones diferenciales. Usando un método variacional, la red determina los coeficientes de un desarrollo en serie que minimizan el residuo. Se publica en Science la resolución de la ecuación de Schrödinger de la mecánica cuántica en dos dimensiones para problemas multicuerpo usando este método. Se recurre a un esquema de aprendizaje con refuerzo para encontrar el estado fundamental de varias redes de espines (tipo Ising y Heisenberg). Además, se logra simular su evolución unitaria con el tiempo.

La red para aprendizaje profundo tiene capas ocultas, lo que ha hecho que algunos blogs sugieran una conexión con la interpretación de variables ocultas de la mecánica cuántica. Nada más lejos de la realidad. El nuevo método solo estudia la evolución unitaria (es decir, la evolución determinista en tiempo) de la función de onda, sin poder simular el proceso de medida, el (mal llamado) colapso de la función de onda y el comportamiento probabilístico del sistema cuántico. En lugar de usar un método de Montecarlo, un método en diferencias finitas, en elementos finitos o espectral, se usa una formulación variacional implementada con una red de neuronas artificiales de tipo Boltzmann. Por tanto, no hay ningún tipo de relación con las ideas de variables ocultas en mecánica cuántica.

El artículo es Giuseppe Carleo, Matthias Troyer, “Solving the quantum many-body problem with artificial neural networks,” Science 355: 602-606 (10 Feb 2017), doi: 10.1126/science.aag2302, arXiv:1606.02318 [cond-mat.dis-nn]. Más información en Michael R. Hush, “Machine learning for quantum physics,” Science 355: 580 (10 Feb 2017), doi: 10.1126/science.aam6564. No parece entender muy bien el logro, por lo exagerado de su pieza, Jennifer Ouellette, “AI learns to solve quantum state of many particles at once,” New Scientist, 09 Feb 2017; tampoco, pues menciona variables ocultas, entrelazamiento y espeluznante acción a distancia, John Timmer, “Neural network trained to solve quantum mechanical problems,” Ars Technica, 10 Feb 2017. Una pena, pues son reputados divulgadores.

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Dibujo20170213 Sketch experiment American cockroaches in strong magnetic field arxiv 1702 00538

Las cucarachas son magnetorreceptoras. El origen de su biomagnetismo es un misterio. Sorprende que, tras magnetizar cucarachas vivas y muertas durante 20 minutos bajo 0,15 teslas, las vivas se desmagnetizan en 50 ± 28 minutos, mientras que las muertas lo hacen en 47,5 ± 28,9 horas. Un modelo teórico apunta a que el movimiento browniano de nanopartículas magnéticas es responsable de la diferencia.

La curva de histéresis de las cucarachas (Periplaneta americana) apunta a que su magnetización es debida a cristales de greigita (Fe3S4), en lugar de magnetita (Fe3O4), con un diámetro menor de 50 nanómetros. Estas nanopartículas magnéticas se alinean con el campo magnético externo y se desalinean mediante movimiento browniano en el líquido en que están disueltas. En la cucaracha viva este líquido tiene baja viscosidad, mientras que en la cucaracha muerta su viscosidad aumenta mucho. Por dicha razón el movimiento browniano es menos eficiente y la desmagnetización es mucho más lenta.

Una hipótesis sugerente, pero que tendrá que ser confirmada por futuros estudios. Por ejemplo, aún no se han encontrado partículas de greigita en las cucarachas (aunque sí en otros insectos). El artículo es Ling-Jun Kong, Herbert Crepaz, …, Tomasz Paterek, “In-vivo biomagnetic characterisation of the American cockroach,” arXiv:1702.00538 [physics.bio-ph]. Me he enterado gracia a Emerging Technology from the arXiv, “The Curious Case of Cockroach Magnetization,” MIT Technology Review, 09 Feb 2017.

Sobre la magnetorrecepción de las cucarachas recomiendo Martin Vácha, Tereza Půžová, Markéta Kvíćalová, “Radio frequency magnetic fields disrupt magnetoreception in American cockroach,” Journal of Experimental Biology 212: 3473-3477 (2009), doi: 10.1242/jeb.028670. Y sobre el tema en general el reciente artículo de revisión de P. J. Hore, Henrik Mouritsen, “The Radical-Pair Mechanism of Magnetoreception,” Annual Review of Biophysics 45: 299-344 (2016), doi: 10.1146/annurev-biophys-032116-094545.

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Dibujo20170213-nature-triangulene-16-feb-17-online

Las moléculas inestables, como el trianguleno, no se pueden fabricar con las técnicas de síntesis química convencionales. Desde 1953, todos los intentos han sido fallidos, sintetizando dihidrotrianguleno en su lugar. Investigadores de IBM han fabricado una molécula de trianguleno por deshidrogenación del dihidrotrianguleno. Para ello han usado cirugía molecular mediante un microscopio combinado de efecto túnel y de fuerza atómica (STM/AFM). El trianguleno es una molécula magnética que puede tener aplicaciones en espintrónica y en computación cuántica.

El trianguleno tiene está formado por seis hexágonos de carbono unidos por sus lados para formar un triángulo. Se parece a un triángulo de grafeno, pero se diferencia en que hay dos electrones no aparejados. Estos electrones son los responsables de que esta molécula sea muy inestable y se oxide con extrema rapidez. Pero sus espines la dotan de propiedades magnéticas muy interesantes (estados ferromagnéticos y antiferromagnéticos según su orientación).

El artículo es Niko Pavliček, Anish Mistry, …, Leo Gross, “Synthesis and characterization of triangulene,” Nature Nanotechnology (13 Feb 2017), doi: 10.1038/nnano.2016.305; más información en Manuel Melle-Franco, “Graphene fragments: When 1 + 1 is odd,” Nature Nanotechnology (13 Feb 2017), doi: 10.1038/nnano.2017.9; me he enterado gracias a Philip Ball, “Elusive triangulene created by moving atoms one at a time,” News, Nature, 13 Feb 2017. También recomiendo Niko Pavliček, Leo Gross, “Generation, manipulation and characterization of molecules by atomic force microscopy,” Nature Reviews Chemistry 1: 0005 (2017), doi: 10.1038/s41570-016-0005.

Esta entrada participa en la LXII edición del Carnaval de Química, alojada en el blog ‘Huele a Química‘ de @hueleaquimica. El protagonista de esta edición es el samario (Sm), el elemento número 62 de la tabla periódica, y el sexto elemento de la serie de los Lantánidos.

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Dibujo20170208 mary k gaillard with her book

En noviembre de 1974 se descubrió el quark charm (c). Tenía la masa predicha tres meses antes por la física teórica Mary K. Gaillard (1939) y el físico Benjamin W. Lee (1935–1977). El primer gran logro de la primera mujer que recibió el prestigioso Premio J. J. Sakurai de la Sociedad Americana de Física en 1993. Muchas son sus contribuciones teóricas a la fenomenología de la cromodinámica cuántica (QCD), incluyendo los diagramas de Feynman tipo pingüino, la detección de los gluones vía chorros hadrónicos, la desintegración del Higgs en dos fotones, etc. Sin embargo, nunca pudo ocupar una plaza fija en el Departamento de Física Teórica del CERN. Tuvo que conformarse con una plaza en la Universidad de California, Berkeley, que ocupó entre 1982 y 2009.

Siendo una adolescente de 16 años, un compañero le preguntó a Mary K qué quería ser de mayor. Ella contestó que quería ser física. A lo que él replicó: «una profesión singularmente poco femenina». Y así tituló su autobiografía, Mary K. Gaillard, “A Singularly Unfeminine Profession: One Woman’s Journey in Physics,” World Scientific Press, 2015 [200 pp.]. Un libro delicioso y pasional, a veces visceral y, por qué no, a veces muy femenino. Un libro muy recomendable que nos muestra en primera persona lo que suponía para una mujer amar la física teórica hace 40 años. De hecho, hasta hoy, ninguna mujer ha ocupado una plaza fija en el Departamento de Física Teórica del CERN, considerado uno de los reductos más misóginos de toda la física.

Hay muchas reseñas del libro de Gaillard. Te recomiendo Priyanka Kumar, “Chasing Particles Is Fun,” Los Angeles Review of Books, 15 Jan 2016; Val Gibson, “Physics: She did it all,” Nature 524: 160 (2015), doi: 10.1038/524160a; Robert Sanders, “Pursuing charm in a singularly unfeminine profession,” Berkeley News, 17 Aug 2015; y Peter Woit, “A Singularly Unfeminine Profession,” Not Even Wrong, 23 Aug 2015; entre otras.

Dibujo20170210 cartel 11febrero org dia internacional de la mujer de na ninya en la ciencia

Esta entrada participa en el “Reto 11 de febrero” propuesto por Laura Morrón @lauramorron, “Visibilicemos a las Grandes Físicas” Naukas, 06 Feb 2017. En el Día Internacional de la Mujer y la Niña en la Ciencia, a partir de las 17:00 horas, nos gustaría lograr un Trending Topic compartiendo información sobre las Grandes Físicas del pasado y el presente. El reto está lanzado, ¿te apuntas?

Más actividades en El Día Internacional de la Mujer y la Niña en la Ciencia en España en 11defebrero.org.

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