Sábado, reseña: “El bosón de Higgs” de Alberto Casas y Teresa Rodrigo

“Un tornillo pegado a un imán tiene menos masa que el imán y el tornillo por separado. La razón es la misma por la que la masa de un átomo de helio es menor que la suma de las masas de sus dos protones, sus dos neutrones y sus dos electrones por separado.” Frase extraída del reciente libro de Alberto Casas (IFT CSIC-UAM) y Teresa Rodrigo (UC, CSIC-UC), “El bosón de Higgs,” CSIC, Catarata, 2012. Un libro de sólo 117 páginas que nos introduce las ideas básicas sobre la física del bosón de Higgs en el contexto del modelo estándar y cómo ha sido descubierto en los experimentos del LHC. Decorado con poquitas fórmulas (muchas con tipografía poco cuidada) y algunos diagramas de Feynman, el libro tiene un nivel asequible para cualquier aficionado a la divulgación científica. Si dudabas si adquirir o no el último librito de Lisa Randall, “El descubrimiento del Higgs. Una partícula muy especial,” Acantilado, 2012, y si me permites un consejo, por casi el mismo precio, cómprate el de Alberto y Teresa. Con toda seguridad lo disfrutarás mucho más.

El libro se lee fácil, aunque me hubiera gustado que los autores hubieran trabajado mejor algunas de las analogías que ofrecen (un defecto que el libro comparte con el de Randall). Por ejemplo, la imagen simple del campo de Higgs como un fluido transparente y viscoso, que no explica la masa de las partículas en reposo, se lleva hasta el abuso en el libro de Alberto y Teresa al afirmar que ”en el siglo XX los físicos se han encontrado con el problema de la masa de las partículas y lo han resuelto inventando un nuevo éter” (se dedica una página entera a discutir el Higgs como nuevo éter).

El primer capítulo, “El misterio de la masa,” discute qué es la masa pasando por Newton, Einstein, Higgs y la cromodinámica cuántica. “A veces se visualiza un protón como un saco que contiene no sólo los tres quarks uud, sino también gluones y pares quark-antiquark. Por todo ello, ese saco contiene energía, la máxima responsable de la masa del protón” y de toda la materia que nos rodea. “Este es un hecho que a veces no se reconoce adecuadamente,” por ejemplo, “cuando se dice que el Higgs es el responsable de la masa de la materia.” El capítulo acaba con una brevísima descripción de qué es el espín y las simetrías en teoría cuántica de campos.

“El modelo estándar y el bosón de Higgs,” segundo capítulo, repasa de forma breve el modelo estándar y sus simetrías. “La perspectiva moderna es que la Naturaleza ha decidido por algún motivo poseer algunas simetrías básicas, pero de momento no tenemos respuesta convincente” al porqué. La descripción de qué es una simetría gauge local utilizando el potencial eléctrico está bastante bien. Yo habría discutido en más detalle la sección “masa contra simetría” donde se presenta la idea de que los términos con masa violan las simetrías locales y por tanto están prohibidos, salvo que se introduzca una rotura (espontánea) de la simetría. Me ha gustado la discusión de el mecanismo de Higgs. “El término H ψ² no es un término de masa m ψ² sino una interacción entre el campo ψ y el campo H. Este término es invariante bajo la simetría. Por tanto, la teoría sigue siendo simétrica. Tomando H=H0+h, con H0 el valor del campo de Higgs en el vacío y h como algo cambiante y dinámico, se obtiene que el primer término H0 ψ² es como un término de masa para la partícula del campo ψ, y que h ψ² representa la interacción entre el campo ψ y la partícula del campo de Higgs, el famoso bosón de Higgs. Una idea “descabellada” de Brout, Englert y Higgs.”

En el segundo capítulo yo creo que hubiera quedado todo redondo si se hubieran introducido ecuaciones de onda (unidimensionales) al estilo de Matt Strassler (“Fields and Their Particles: With Math” y “How the Higgs Field Works (with math)“). Sin embargo, a partir de la sección “Una imagen sencilla” se cae en el tópico de siempre y lo que iba por buen camino acaba decepcionando un poco (más aún con erratas como “Abbdus Salam”). Aún así, me gusta que se destaque en “Al comienzo del universo…” la importancia de la transición de fase electrodébil en cosmología. “Según los cálculos teóricos, el campo de Higgs tomó su valor no nulo cuando el universo tenía sólo una diezmilmillonésima de segundo. Ese fue un acontecimiento importante en la historia del universo.” Aunque yo habría hablado de la analogía con la rotura espontánea de la simetría en el ferromagnetismo un poco antes y hubiera discutido en más detalles las implicaciones cosmológicas del campo de Higgs.

El tercer capítulo, “La búsqueda y descubrimiento del bosón de Higgs,” describe bastante bien el proyecto LHC (incluso mucho mejor que en el libro de Alberto Casas, “El LHC y la frontera de la física,” CSIC, Catarata, 2009). Lo único que puedo criticar de este capítulo es que no se aclara que los números que se presentan a veces corresponden a colisiones a 14 TeV y otras veces a 7 TeV u 8 TeV. Quizás abusar de poner la coletilla hubiera hecho más pesada la lectura, pero se podría haber hecho uso de notas al pie de página. La breve descripción de los experimentos ATLAS y CMS está bastante bien cuidada. El diagrama de Feynman que ilustra la producción de un Higgs por fusión de gluones y su posterior desintegración en un par de fotones está bien discutido. La discusión del concepto de masa invariante también me parece muy acertada.

Al final del capítulo tercero se discute la dimensión humana del LHC (“el lenguaje común de la ciencia”) y “la contribución española al LHC.” Yo hubiera discutido este tema con un poco más de profundidad. “España es uno de los veinte países miembros del CERN. En la construcción del LHC trabajaron más de 35 empresas españolas de ingeniería civil, ingeniería eléctrica y mecánica, y tecnologías de vacío; así como empresas de servicios. En los experimentos del LHC están trabajando hasta diez grupos de investigación españoles de distintas universidades y centros de investigación (tanto en ATLAS y CMS, como en ALICE y LHCb, y en el grupo de física teórica del CERN). Muchas de las gráficas que llevaron al descubrimiento del Higgs y que se mostraron el día 4 de julio en el CERN partían de nuestros centros. Además, España alberga uno de los once centros de computación mundiales de la Worldwide LHC Computing Grid (WLCG).”

El penúltimo capítulo, “Más allá del Higgs,” discute “la naturaleza del bosón de Higgs” y la posibilidad de que “del mismo modo que un protón parecía una partícula perfectamente elemental hace ochenta años y luego se comprobó que era compuesta, algo parecido podría estar pasando con el bosón de Higgs. ¿Y qué desean los científicos que suceda? Hay “división de opiniones” entre los que prefieren que el Higgs sea una partícula elemental y que el mecanismo de Higgs puro, descrito por el modelo estándar, salga triunfante, y los que prefieren que se encuentren desviaciones.” Seguidamente se discute “el problema de la jerarquía” que “sugiere la existencia de nueva física más allá del modelo estándar, dentro del alcance del LHC. Todavía es pronto para afirmar que el LHC está poniendo en apuros a la supersimetría, la solución más elegante del problema de la jerarquía, o a la existencia de dimensiones extra” (para una buena discusión de este último punto es muy recomendable el libro de Lisa Randall, “Universos Ocultos. Un viaje a las dimensiones extra del cosmos,” Acantilado, 2011).

Alberto y Teresa discuten en el penúltimo capítulo “el misterio del sabor y los neutrinos” (“un tema apasionante que está siendo investigado desde muchos ángulos teóricos y con experimentos diversos, incluido el LHC”), “la materia oscura y la energía oscura” (que Alberto discute en más detalle en su libro ”El lado oscuro del universo,” CSIC, Catarata, 2010), y “la gravedad” (donde destacan que “hasta el momento el único candidato serio” para explicar la gravedad cuántica “son las teorías de supercuerdas, que recibirían un gran espaldarazo si el LHC demostrara la existencia de la supersimetría”).

El último capítulo de libro discute “la utilidad de la ciencia básica” y su impacto en la sociedad. “Cuando se habla de los países más desarrollados e influyentes del mundo se suele hacer referencia a su nivel de I+D+i, donde I significa investigación científica, la D desarrollo y la i significa innovación, es decir, transferencia de ese conocimiento científico para generar saltos tecnológicos cualitativos. En la construcción de cada uno de los detectores del LHC participaron más de 400 empresas repartidas por todo el mundo. Se originó numerosas innovaciones tecnológicas que se manifestaron no sólo en la calidad de los productos, sino también en la competitividad y mejora de los procesos de producción de las empresas participantes.” Aún así, los autores caen en los tópicos de siempre, el GPS y la web (WWW), obviando mencionar muchas de las otras grandes innovaciones que la física de partículas nos ha ofrecido durante el siglo XX.

Finalmente, “La necesidad de financiación de la ciencia básica” culmina este breve y muy recomendable libro. “La empresa científica es sin duda uno de los grandes logros de la humanidad, prácticamente un milagro, que sólo ha sido posible gracias a la gran generosidad de la sociedad y al trabajo entusiasta y vocacional de los científicos.

Dibujo20130129 alberto casas - book covers - csic - lhc - lado oscuro

Como he mencionado dos libros de Alberto Casas, aquí os dejo las portadas y os recomiendo encarecidamente su lectura. La parte del LHC y los experimentos CMS y ATLAS en su último libro me ha gustado porque cuenta muchas cosas que se echan en falta en “El LHC y la frontera de la física,” CSIC, Catarata, 2009 (134 páginas). He de confesar que a finales de noviembre de 2012, en las IV Jornadas CPAN, Granada, me recomendaron leer el libro “El LHC y la frontera de la física” y por ello decidí comprar también “El lado oscuro del universo,” CSIC, Catarata, 2010 (123 páginas). He leído los tres libros estas pasadas navidades y creo que puedo recomendar los tres (aunque el que más me ha gustado es el último).

¿Alguna crítica negativa al último libro de Alberto Casas sobre el Higgs? Quizás lo que menos me ha gustado del libro “El bosón de Higgs” ha sido que, a veces, da la sensación de que ha sido escrito con prisas, sin una revisión cuidada (hay muchas erratas menores, obvias para cualquier físico, pero que no se pueden aceptar en un libro escrito por dos autores, con sendos encéfalos dedicados a corregir uno el trabajo del otro). Espero que tenga éxito, que haya una segunda impresión y que se aproveche para corregir dichas erratas. También he echado en falta una bibliografía (que no falta en los dos libros anteriores de Alberto); aunque breve, siempre se echa en falta tener un punto de referencia para seguir profundizando en un tema tan apasionante como la física del bosón de Higgs.

26 Comentarios

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jbjb

Hola Francis. Interesante reseña.

Hacia el final el artículo mencionas:

“Aún así, los autores caen en los tópicos de siempre, el GPS y la web (WWW), obviando mencionar muchas de las otras grandes innovaciones que la física de partículas nos ha ofrecido durante el siglo XX”.

¿Podrías dar, sin entrar en demasiados detalles, una lista de esas otras innovaciones? A veces discuto sobre asuntos de financiación y me encuentro con que me falta artillería para defender algunas ideas.

hicsuntdraconishicsuntdraconis

El PET, la tomografía por emisión de positrones, una técnica no invasiva de diagnóstico médico:

http://es.wikipedia.org/wiki/Tomogra..._positrones

imagino que puede ser un ejemplo válido de los beneficios que para la humanidad ha representado la física de partículas.

Con respecto al GPS y a la web no encuentro la relación, sin embargo. El GPS no sería posible sin las correcciones que imponen la relatividad especial (la dilatación del tiempo con la velocidad) y a la general (el tiempo adelanta al aminorar el campo gravitatorio), y los efectos, aunque mínimos, son acumulativos. Y en cuanto a la web, se creó en el entorno del CERN, pero no pienso que deba nada a la física de partículas en sí misma.

hicsuntdraconishicsuntdraconis

El Tevatrón del Fermilab ha contribuído en gran manera a la producción a escala industrial de los imanes superconductores, lo que ha beneficiado mucho la construcción de los aparatos de diagnóstico por resonancia magnética. Se me ocurre que esto podría contarse también como otra de las contribuciones indirectas a la medicina de los trabajos en el campo de la física de partículas.

FerFer

¿Para cuando tu libro? Espero leerlo con tranquilidad. No te apresures pero hazlo perfecto.

amarashiki

Has puesto experimento “(…)La breve descripción de los experimentos ALTAS y CMS está bastante bien cuidada. (…)” y debe ser ATLAS y CMS… PS: Erratas tipo “Abbdus Salam” las cometemos todos. El problema es que a algunos se les da mejor que a otros recordarles que son humanos y no entes superiores ;). El orgullo no debe ser una barrera para reconocer los errores.

ArtemioArtemio

Todo lo que sea apoyar la divulgación científica hecha por españoles y latinoamericanos me parece estupendo. ¿Las editoriales no tienen un corrector de pruebas? Las erratas se corrigen con una revisión del texto antes de publicarse. El comentario de amarashiki no lo entiendo. ¿Quiénes son los orgullosos y los entes superiores, los autores del libro? ¿Qué problema hay, no ya en cometer errores, sino en carecer de conocimientos en determinada materia? ¿Acaso somos máquinas recopiladoras de datos? O ya puestos, ¿de qué nos vale acaparar datos si luego fallamos al ensamblarlos?

amarashiki

Los seres superiores son algunos del gremio que he tenido que enfrentar hasta ahora con poca fortuna al igual que lucho contra trolls de vez en cuando y sus supremas ignoracias. Nadie puede saberlo todo, pero en una ciencia como la Física, en ocasiones te encuentras tristemente portazos en tu cara sin sentido… Lo decía por eso, no por los autores del libro ni por Francis. Y también por algunos que en ocasiones comentan aquí creyéndose que lo que dicen es verdad absoluta. Me pillas en mal momento Artemio, así que no haré más comentarios… Porque, en fin, que monten EuroVegas y que sin embargo a otros se nos invite indirecta o directamente a “pirarnos del barco” no me hace ni puñetera gracia. Y será mejor que no siga, porque estoy que muerdo hoy, tanto verbal como intelectualmente…Saludos.

Fer137Fer137

“Porque, en fin, que monten EuroVegas y que sin embargo a otros se nos invite indirecta o directamente a “pirarnos del barco” no me hace ni puñetera gracia. Y será mejor que no siga, porque estoy que muerdo hoy, tanto verbal como intelectualmente…”

Ayer puso un comentario sobre eso, no se si lo leiste.
Hay que ver lo positivo, hombre, y en este caso entre otras cosas, en lo que atañe a cuestiones cientificas hay esto:

Conferencias Cientificas en las Vegas http://tinyurl.com/bypjakl

amarashiki

Mira FER137, ni se te ocurra NI POR ASOMO, decir o insinuar que EuroVEGAS será una “ciudad científica” o de “conferencias de ciencia” reconocidas a nivel internacional. Fíjate que yo no conozco ninguna Feria o ciclo de Conferencias de las Vegas que sea “famosa” ¿EH?. ¿A quién quieres engañar? Estoy supersusceptible en este aspecto, NI SE TE OCURRA JAMÁS DECIR QUE LAS CONFERENCIAS CIENTÍFICAS DE LAS VEGAS son superconocidas a nivel internacional mamarracho, ¿eh? Incluso aunque así fuera, porque creo que NO entiendes el punto, ¿has visitado las VeGAS?¿Sabes lo que hay allí? ¿Sabes la miseria, nidos de delincuencia, prostitución que se crea a su alrededor? Y las VeGAS es una ciudad en el desierto…

Los americanos supieron bien montarlo “aparte” de núcleos urbanos…Las VeGAS en USA está aparte de núcleos urbanos. ¿Adivinas por qué? Porque los americanos en eso tontos no son…¿Te haces a la idea de lo que va a ser que monten este tugurio aquí en Alcorcón o no? ¿Eres consciente de lo que va a crear eso? A mí ni aunque me digan que vendrán ferias tipo CES ó eventuales TED talkers,…Cuando el foco no esté aquí, habrá MIERDA y sólo MIERDA…Mientras, nos arrojan no ya a mí sino a otros muchos científicos fuera del país o fuera del circuito académico normal…

Y vamos, ahora vas y me dices que gracias a EuroVegas esto va a ser un renacer científico en Madrid JAJAJAJAJA ¿Te chutas mucho o quieres pasarte de listo? Tú dame todas las estadísticas que quieras, pero sé cómo se hacen aquí las cosas y eso no va a traer nada bueno…

De todas formas, en mi caso, espero hallar una solución pronto a mi operación “Fuga de Logan”, llevo tiempo deseando tener los elementos para hacerla, pero aún me faltan 2 ingredientes, al parecer…

NO ME HACE NI PUTA GRACIA tus insinuaciones ni los comentarios interesados que haces, así que espero que retires bien tu ironía o bien tus afirmaciones patéticas…

Pero vamos, yo a ver si encuentro una forma de salir de aquí, es lo que quiero, y debo darme prisa,…Que esto empiezan ya este año a construirlo…Y no me quiero imaginar aquí cuando empiece la gente a ir al Casino como quien se va a un centro comercial… Más degeneración social y estratificación de la sociedad… Lamentable…

Me parece sencillamente de bocazas mental que te atrevas bien con ironía o bien en tono serio a “defender” EuroVEGAS… No dice nada bueno de tu cerebro…

Fer137Fer137

Defiendo lo que me viene en gana, y más algo que no le veo ningún aspecto negativo, mas bien positivos.
A partir de tu primer insulto no he seguido leyendo, por ello y porque veía que no decías nada mas que chorradas inexplicables. Contraponer Eurovegas y ciencia es ridículo.

Creo que estas enfermo, y que tiene algo que ver con aquello que decías que odiabas las bromas y que por ello odiabas el 28 de diciembre. Supongo que diversión, juego, y espectaculos tambien pueden ser odiosos desde ese extraño punto de vista tuyo.

Conferencias cientificas internacionales y convenciones de grandes empresas son mas del 10% de las visitas a las Vegas, eso son las estadisticas. Si no te gustan las que hay, a otros quizás les gusten. En cualquier caso no es asunto tuyo, ni es para ponerse así como un energumeno.

ArtemioArtemio

Ok, ahora entiendo tu enfado. Me uno a tu protesta y…

¡¡ STOP HAARP !! ¡¡ Fuera la telebasura !!
;-)

ArtemioArtemio

amarashiki, te comento una anécdota que me ocurrió anoche viendo la tele, tiene que ver con la publicidad subliminal. Vi un trozo de una película de mafiosos (no más de diez minutos), una escena donde una pandilla de orientales, quizá japoneses o tal vez chinos, ametrallaron a otros gángsters occidentales hasta matarlos. Primer dato: se pone de relieve una guerra subliminal entre razas: la oriental y la occidental, una apología del racialismo en su vertiente belicosa. Luego intervinieron otros pistoleros que acabaron con todos los orientales menos una chica que sobrevivió, una hermosa mujer de ojos rasgados que llamó gordo seboso al pistolero que acabó con sus compañeros. El gordo seboso, al verse insultado, le arreó un bofetón a la mujer que la hizo sangrar. Segundo dato: la violencia machista. La televiolencia se basa en la publicidad subliminal, diseña un mundo conflictivo que sirve a intereses malévolos e infecta a personas y hogares con un desparpajo que asusta. Luego zapeé y me puse a escuchar música en un canal musical.

emulenewsemulenews

Leo, tuiteé por la mañana el artículo de El País sobre los “ministros plagiadores” en Alemania (Fernando Aramburu, “A la caza de políticos plagiarios. Los internautas del foro VroniPlag rastrean tesis doctorales y sus investigaciones han forzado ya la dimisión de ocho científicos y políticos en Alemania, país que no menosprecia la educación y la ciencia,” El País, 9 Feb 2013). “Annette Schavan ha perdido el título de doctorado por copiar parte de su tesis en la Universidad de Düsseldorf, titulada “Persona y conciencia.” Su trabajo consistía básicamente en anotar citas y extractos de libros en fichas. En su tesis figuran no pocos pasajes que más le habría valido a la autora entrecomillar y, por descontado, atribuir a sus verdaderos autores en las correpondientes notas a pie de página. Annette Schavan admite que no lo hizo. La Universidad de Düsseldorf accedió a constituir una comisión de control que no ha tardado ni una semana en anunciar su veredicto. Doce votos a favor, dos en contra y una abstención, con fecha de 5 de febrero, determinaron que la actual ministra de Educación de la República Federal de Alemania sea despojada del título de doctorado. El dictamen del decano no deja lugar a dudas: plagio.” No tengo mucho más que contar.

Como ya sabrás, ayer, 9 de febrero, “dimitió como ministra de Educación y Ciencia de Alemania.” En Alemania el título de doctor es considerado con respecto y quien lo tiene, incluso ministros, presume de ello. Si te quitan tu título de doctor, el desprestigio es tan grande que la única opción razonable para un alemán es la dimisión.

A mí me parece correcto que se haga así.

El CidEl Cid

Hola Francis, ¿Cuando se presentarán los nuevos resultados de los últimos análisis de los experimentos del LHC en la búsqueda del bosón de Higgs?

amarashiki

Francis, hay mutismo absoluto sobre los dos PeV neutrinos de IceCube, ¿te llega algo por algún canal? Porque ando mosqueado al respecto de esos datos, … Y es posible que como ha pasado con las lineas de 130GeV sean “ruido” mal modelado… Y lleva un tiempo sin saberse nada al respecto de los datos de IceCube, y pese a que estoy linkado a montón de sitios porque los neutrinos son uno de mis intereses de investigación, hay un misterioso silencio en todos los telescopios de neutrinos intentando encontrar neutrinos de ultra-alta energía… Un “silencio” que me recuerda a la no detección del éter más de un siglo atrás…

emulenewsemulenews

Amarashiki, no tengo información actualizada al respecto. Los dos eventos observados tienen poca significación estadística (como mucho 2,9 sigmas según Aya Ishihara, “Ultra-high energy neutrinos with IceCube,” Nuclear Physics B, Proceedings Supplement, 2012, quien afirma que el análisis de los errores sistemáticos aún no había sido completado). En esta charla (pág. 20) dicen que los dos candidatos observados en 2012 tienen baja significación (no dicen cuánta) y que podrían ser muones (“2 low significance events found. IceTop indicate likely cosmic ray muons”), es decir, que su origen sea atmosférico (más info. aquí).

Quizás el silencio tenga una explicación sencilla. Los dos eventos candidatos fueron una falsa alarma.

Por cierto, lo olvidaba, los dos eventos con energía en el rango PeV, llamados Burt y Ernie, se siguen analizando con énfasis en determinar su dirección de procedencia (que se supone que clarificará su origen). Nos lo contó hace pocos días Laurel Norris, “IceCube reveals interesting high-energy neutrino events,” IceCube, 6 Feb. 2013 (yo lo retuiteé).

BorjaBorja

Hola Francis,

En primer lugar, enhorabuena por tu siguiente entrada. Sigue así… no puedo más que darte la enhorabuena por el gran aporte que estás haciendo en la red. Tus artículos deberían ser duplicados y guardados para futuras referencias y asegurarnos que no se pierde nada de esta mina que es tu página web.

Por otra parte, y aprovechando que recomiendas dicho libro. Quería recomendarte otro a ti, que creo que te será extremadamente interesante si aún no lo has leído. Se titula “GEB: Godel, Escher, Bach: Un eterno y grácil bucle.” Aquí algo más de información: http://es.wikipedia.org/wiki/G%C3%B6...A1cil_Bucle

La verdad es que sería tremendo que hicieses un análisis de este libro y lo publicases aquí. Claro, todo eso si tienes tiempo y estás interesado. De lo que sí estoy seguro es que vas a disfrutar dicho libro muchísimo.

Un saludo y de nuevo enhorabuena por tu gran aporte.

emulenewsemulenews

Borja, leí el libro de Hofstadter hace ya muchos años (tengo copia en inglés en casa). Quizás tenga que volver a releerlo. Si lo hago, habrá reseña…

hicsuntdraconishicsuntdraconis

El original del libro de Hofstadter es de 1979, y la traducción al castellano (en España al menos) esperó al parecer hasta 1987. La primera edición (Tusquets) es del mes de mayo de ese año. El libro es bueno, aunque desalienta por lo voluminoso (más de ochocientas páginas).

ArtemioArtemio

“Un “silencio” que me recuerda a la no detección del éter más de un siglo atrás”…

Je je, es ciertamente intrigante el blindaje de los neutrinos a las cargas eléctricas, ¿cabe hablar de un campo neutrínico?

“Es posible que como ha pasado con las lineas de 130GeV sean “ruido” mal modelado”

Sí, es posible. Pero también es probable (poco probable) que haya un fenómeno de resonancia entre el origen de la señal y el sol. El sol recibe la señal, la propaga y el satélite la detecta.

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