Un poco de sal a la observación de BICEP2

Dibujo20140418 extract from bicep2 - b signal - comparison with theory

Una observación única, no confirmada de forma independiente, siempre debe ser tomada con cautela. Esta figura es el resultado principal observado por el telescopio BICEP2, la gran noticia de esta semana. El ajuste entre la teoría (curva roja con r=0,2) y los datos experimentales (puntos negros) es bueno para 40 < ℓ < 150, pero pobre en los tres puntos entre 150 < ℓ < 250 (que he marcado en rojo). ¿Por qué? BICEP2 está diseñado para estudiar los multipolos 40 < ℓ < 200 con similar precisión. Algunos físicos sospechan que puede haber algún tipo de sesgo en estos multipolos altos; quizás un error sistemático en los análisis.

En el seminario técnico se les preguntó por este asunto. La respuesta fue que este exceso para multpolos altos debe tener un origen estadístico (una fluctuación espuria), ya que al incorporar en los análisis los primeros datos de BICEP3 dicho efecto no se observa. Sin embargo, estos datos aún no han sido publicados (no lo serán hasta 2016).

La colaboración BICEP2 confía en su valor 0,1 < r < 0,3 obtenido con el ajuste presentado en la figura. Pero este valor es más alto de lo que muchos esperábamos (por ello BICEP2 se ha adelantado al telescopio Planck de la ESA). En mi opinión (yo no soy experto, ni tengo acceso a datos no publicados) esta figura sugiere un valor más pequeño (más próximo a 0,1 < r < 0,2); de hecho, la inflación caótica de Andrei Linde predijo hace 30 años un valor de r ≈ 0,1 y el telescopio Planck obtuvo el año pasado r < 0,11 al 95% CL.

Recuerda, el valor de r es una medida de la amplitud de las ondas gravitacionales generadas durante la inflación; en concreto es el cociente entre la amplitud los modos tensoriales (cuyo origen es el campo gravitatorio) y de los escalares (cuyo origen es el campo inflatón); si no hubiera modos B su valor sería r=0 y muchos físicos apostaban por un valor pequeño r=0,01. Habrá que esperar a que se repita la observación de BICEP2, en especial, por el telescopio espacial Planck, para confirmar que le valor de r es tan alto como r=0,2.

No soy el único a quien molesta el ajuste publicado por BICEP2: Matt Strassler, “BICEP2: New Evidence Of Cosmic Inflation!,” Of Particular Significance, 17 Mar 2014; Jester, “Curly impressions,” Résonaances, 17 Mar 2014; Matthew Francis, “Detection of primordial gravitational waves announced (Updated),” Ars Technica, 17 Mar 2014; Max Tegmark, “Good Morning, Inflation! Hello, Multiverse!,” Huffington Post, Blog, 17 Mar 2014; Renee, “B-eautiful tensors, ” Statistics, Space, Strings and Stuff, 17 March 2014.

Dibujo20140418 more B2xB2 from bicep2 - b signal - comparison with theory

Esta figura muestra el espectro de autocorrelación de los modos B observado por BICEP2 (los puntos marcados con B2×B2). Los tres puntos que he puesto en rojo están claramente por encima de la predicción teórica (curva en rojo a trazos). En esta figura muestran unas bandas de error mucho más grandes de lo que parece en la figura que abre esta entrada. Quizás estos grandes errores son los responsables de la desviación.

Dibujo20140418 ns vs r - bicep2 vs planck data

En el análisis de la relación entre el índice espectral escalar (ns) y el parámetro r, se ha utilizado un valor no constante para ns (una idea no estándar que fue presentada en el artículo XVI de Planck en 2013, llamada “running ns”, pues lo habitual era tomar ns como una constante). El ajuste publicado por BICEP2 depende de este tipo de análisis (que, repite, no es lo habitual), lo que también ha provocado críticas por parte de algunos expertos.

El índice espectral escalar (ns) mide cómo varían las fluctuaciones de densidad con la escala. Un valor ns=1 indica que las variaciones son iguales a todas las escalas (espectro con invarianza de escala). Los datos de Planck favorecen un valor ns=0,96 (descartando ns>1), que es compatible con los modelos más sencillos de la inflación.

Que el ajuste de los datos de BICEP2 sea mejor cuando el parámetro ns no es constante puede interpretarse como un descubrimiento. Pero también puede interpretarse como una señal de que algo no va bien en los análisis realizados.

Hay que recordar que estas observaciones requieren un análisis muy complicado en el que pueden fallar muchas cosas. Hasta que no se repita la observación de BICEP2 de forma independiente no se podrá hablar de un descubrimiento. La gran noticia de este año requiere una confirmación que otras grandes noticias (como el descubrimiento del bosón de Higgs) no requieren (porque fue observado por dos experimentos de forma independiente, CMS y ATLAS). En ciencia, los resultados únicos, por mucho hype que generen en la web y en los medios, deben siempre ser repetidos. Por ello, quienes hablan de un premio Nobel para este año a la inflación están bastante desencaminados.

PS: Un artículo aparecido el pasado 16 de marzo que analiza los datos de Planck y WMAP con el programa CosmoMC ha predicho un valor r ≈ 0,2 (valor observado por BICEP2), aunque con ns > 1 (en concreto, ns = 1,13). Habrá que estar al tanto a sus sequelas, pues ns>1 es muy sugerente y muchos pensábamos que estaba descartado con los datos de Planck. El artículo es Wen Zhao, Cheng Cheng, Qing-Guo Huang, “Hint of relic gravitational waves in the Planck and WMAP data,” arXiv:1403.3919 [astro-ph.CO], 16 Mar 2014.


20 Comentarios

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Andrés GuzmánAndrés Guzmán

Una sola cosa que agregar: el segundo charlista también dijo que r=0.2 no era incompatible con varianza cósmica.

CarlosCarlos

Sabía que lo harías, Francis: eres un pincha-globos.
Pero debo reconocer que no es para menos –> Ondas Gravitatorias:
oleadas de algo (??) comprimiendo el espacio-tiempo (!!!)

Madre Mía. Eso sí que es esotérico.

planck

Es evidente que hasta que experimentos independientes no confirmen estos resultados no se puede hablar de descubrimiento. Hay que ser cautelosos pero después de tanto tiempo sin nuevos resultados experimentales (exceptuando el Higgs) es muy difícil no emocionarse. A partir de ahora Arxiv empezará a “echar humo” con nuevos papers que analicen las posibles consecuencias de los resultados de Bicep2 aunque lo prudente sería esperar a que Planck confirmase estos resultados.
Por cierto parece que hay por ahí (todavía no le he leído) un paper que indica que con este valor de r tan alto el vacío del modelo estándar es inestable ¿Otro indicio de que hay algo equivocado en el análisis de Bicep2? Pronto lo sabremos.

WalterWalter

Me gusta tanto el contenido de esta web que me he tenido que pensar tres veces este comentario. Para que no haya duda va por delante mi admiración, respeto y aplauso a todos los colaboradores que escriben aquí, por supuesto incluido el señor Villatoro.

Sin querer molestar ni parecer más tonto de lo que soy me pregunto, algo frustrado, para quién está escrito este artículo. He venido rebotado de un vídeo (http://www.youtube.com/watch?v=ZlfIVEy_YOA) muy simpático en el que Linde recibe la primicia y brinda con champán.

Después de leer el post solo entiendo que según el autor es pronto para confirmar la teoría de la inflación. ¿De verdad era necesario descender a este nivel técnico para divulgar, siquiera apostillar, las observaciones de BICEP2?

Si no tuviera formación técnica no me atrevería a participar pero considerando que soy ingeniero industrial -aunque terminé hace tanto que admito algo de “amnesia”- imagino que tendré unos conocimientos de física básicos y aceptables, probablemente más sólidos que los de otras personas.

Mi pretensión es encontrar aquí un lenguaje accesible, un proyecto que extienda el entusiasmo por la ciencia y el conocimiento en general, unos artículos que pueda dar a leer a mis hijos. Este es uno de los que prefiero protegerles porque hace sentir muy, muy ignorante.

Supongo que tiene que haber de todo.

Ánimo y gracias.

Francisco R. Villatoro

Walter, mi blog es así. Hay miles de blogs en la web y cientos en español que cuentan la noticia de BICEP2 para que la entienda gente con todos los niveles educativos posibles. En mi blog yo cuento las noticias para aprender yo. Si algún lector también aprende, perfecto. Pero así es este blog.

WalterWalter

Gracias Francis, lo imaginaba. Sencillamente no pertenezco a tu audiencia. Pasan dos cosas: la primera que este hogar es muy acogedor en general y tu artículo más bien una silla con tachuelas. La segunda es que no hay ni miles ni cientos de blogs escritos por ti.

No importunaré más y te seguiré leyendo por si algún día pillo algo 😉

Queda flotando la pregunta que lancé (escrito para quien) porque eso de que sea para ti mismo parece más una tautología. Y esta visto que hay gente que comprende, los comentarios son la prueba.

Juan Carlos Vesga CrespoJuan Carlos Vesga Crespo

Creía que ésta era una web con vocación de acercar la Ciencia al gran público incluída mi abuela. No creo que el comentario de Walter sea tan ofensivo que merezca una respuesta tan pagada de sí misma, sobre todo porque su blog se presenta como un espacio “para practicar el arte de hacer fácil lo difícil”. De haber sabido que tan sólo es un blog de autoenseñanza endogámica al servicio del autoaprendizaje de su autor, mi abuela no habría perdido el tiempo dejando su labor de ganchillo.

Emilio MolinaEmilio Molina

Pues yo bien que lo agradezco, porque aunque soy tan lego o más que Walter y adolezco de su mismo problema, me doy cuenta de que en otros blogs de más “alto nivel” te pueden contar las cosas de manera más inteligible, pero menos… digámoslo completas. Y eso que soy consciente de que igualmente está llevando a cabo un sesgo informativo para rescatar lo más relevante de los hallazgos (y ahí están los enlaces para corroborarlo).

Sin embargo, desde que sigo el blog, tratando de rescatar aquí y allá algo que entienda (como un pececillo boqueando migajas de pan en la superficie), me he encontrado con términos y explicaciones que no había oído jamás en otros lugares y que me han forzado a expandir (¿inflacionariamente?) mi umbral de comodidad para enfrentarme a términos como “partícula de majorana” y otros que ya no recuerdo, pero que cada vez asustan menos cuanto mayor es la exposición a ellos.

Así que sí, estoy de acuerdo en que esto no es divulgación en el sentido estricto de acercar al vulgo. Pero que alguien te traduzca de gratis y con tanto rigor (y a veces casi en tiempo real) los aspectos más punteros de los avances científicos me parece que es para darse con un bate de grafeno en los dientes. ¿Que no está al nivel que nos interesa? Pues como se suele decir, es su blog y se lo folla como quiere :) Yo lo tomo como referencia de “joder, es todo mucho más complicado de lo que parece, y sabemos mucho más y a mucho más nivel de lo que la gente cree por ahí fuera… y no me he enterado de nada, a ver si la próxima vez…”

SebydeusSebydeus

Cuatro cositas:

R.- Walter: Hay fenómenos que en su expresión más sencilla, suelen ser inentendibles para algunas personas. Eso no tiene porque hacerle sentir mas o menos tonto. Vivimos en un mundo donde cada vez más se especializan y subespecializan las ramas de la ciencia, al punto por ej. que un médico puede matar a una persona sino es el especialista correcto. En otras ramas del conocimiento, como física, ingeniería, y matemáticas pasa igual. Lea en la parte superior derecha de esta página la breve reseña sobre el Dr. Villatoro.

S.-Dr. Villatoro: Su respuesta para Walter me parece con tintes muy petulantes, rozando lo desagradable con el patético comentario “desde tu abuela a tu profesor más sabio”. Propongo una reedición de la misma, creo que aunque el modo de publicar artículos sea como usted bien lo dio a entender, existen otras formas más protocolares de decirlo, las cuales no dudo que esten a su alcance.

T.- Me parece que vivimos en un universo mágico, donde la ciencia solo nos va mostrando poquito a poco cada truco. Un cosmos donde todo y nada puede ser en simultaneo. Que maravilloso.

U.- Al final solo tenia esos tres comentarios para decir.

Francisco R. Villatoro

Gracias, Sebydeus. Por cierto, los blogs son así y no pueden ser de otra forma. En cualquier caso te hago caso y borro el comentario de la abuela, no por patético, sino porque uno de los lectores de este blog tiene como nickname “tu anciana abuela”.

VíctorVíctor

Hola Francis,
A mí también me ha sorprendido la respuesta a Walter, porque no me parece de tu estilo. Me refiero a la forma. Dicho esto desde mi respeto y mi admiración por lo que haces 😉

sebydeussebydeus

Hscdkct c wtuge.
Gracias a usted.

Solo que en el mensaje borrado habia que decodificar, en caso de consonante en el origen poner la letra anterior del alfabeto indicada en codigo, y en caso de vocal ir para atrás dos letras en el alfabeto.

Un pequeño juego, nada más.

Saludos

Omar Antonio Audicio BacheOmar Antonio Audicio Bache

Me parece excelente todo lo que publica Francis aquí. Siempre lo leo. Yo estudié ingeniería hace años, pero leyendo esta entrada una sola vez no entiendo nada. A la segunda vez entiendo un poco más. Para entender bien tendría que dedicarme a buscar todos los términos que desconozco. Quería preguntar si hay algún libro o material que se recomiende (sé que hay muchos, pero alguno en especial, en inglés o castellano) para la comprensión de estas materias, sin saber de física moderna más que lo básico (lo básico de relatividad especial y general, y lo básico de cuántica y partículas), pero entendiendo el cálculo en varias variables, vectorial y las ecuaciones diferenciales. Agradecería cualquier orientación para el autodidacta. Gracias.

Ignacio SevillaIgnacio Sevilla

¿Diría que las barras de error en ambas figuras para los puntos rojos son iguales? ¿O quieres decir otra cosa?

ReneGVxReneGVx

No esperaba menos de ti, Francis, siempre tan centrado y escéptico. A veces es muy fácil celebrar antes de TIEMPO, de hecho me encontrado un montón de entradas en la red con la siguiente frase: “Se comprueba que Einstein tenía razón” , y eso solo perjudica a la imagen de la ciencia cuando resulta que todo fue falsa alarma o quedan mucho camino por recorrer.

Veo que hay muchos usuarios criticando sobre el nivel que se maneja en este blog, sin embargo, en esta ocasión creo que verdaderamente difícil un nivel menor debido a que en si el TEMA aún esta en el aire.. otra cosa es cuando se toca explicar algo donde hay miles de pruebas y teoría que los sustenten.

Francisco R. Villatoro

Antonio, no, no hay ningún modelo para la inflación que esté confirmado en este momento (la mayoría de los modelos que están descartados, sin ajuste fino, podrían ser correctos, con ajuste fino). Incluso los más exóticos. Sin embargo, si eliminas de la lista todos los que requieren ajuste fino, y se confirma r=0,2, se han puesto problemas graves a muchos modelos, pero aún quedan muchos otros. Por tanto, no hay ninguno confirmado (o “premiable”).

Por otro lado, todo apunta a que los modelos “efectivos” de Guth y Linde son los más prometedores. Todo apunta a que la Naturaleza es caprichosa, pero no es malvada.

Francisco R. Villatoro

Antonio, en el primer párrafo de mi post sobre la medida de BICEP2 puedes leer “La señal observada a 3 sigmas implica que el parámetro inflacionario r es no nulo (r>0) con 7 sigmas; en concreto, su valor es r=0,20 ± 0,07.” Quizás no está bien escrito (por las prisas), pero las 3 sigmas son del valor r=0,20 (grosso modo 0,20/0,07=3). Todo el mundo asume que menos de 5 sigmas no son un descubrimiento, luego no podemos hablar de que se haya descubierto que r=0,2 y yo creo que no lo he hecho (salvo error no intencionado).

La inflación (de forma genérica, sin mencionar ningún modelo concreto) realiza cinco grandes predicciones sobre el fondo cósmico de microondas. La primera es una postdicción (que llevó a desarrollar la idea). Las tres siguientes se han corroborado con COBE, WMAP y Planck con certeza creciente. La última (modos B en la polarización) se ha confirmado el pasado lunes. El valor r > 0 ha sido confirmado a 7 sigmas por BICEP2 y será ratificado por otros instrumentos en los próximos meses/años casi con total seguridad. Cuando una teoría realiza 5 grandes predicciones (y no hablo de ningún modelo concreto para el inflatón y su relación con la gravedad) y se confirman las 5, ¿cómo crees que debemos hablar de dicha teoría?

Y por supuesto, yo soy el primero que cree que el valor de r es más próximo a 0,1 que a 0,2. Este sesgo hacia arriba es habitual (o lo ha sido durante los últimos 70 años) en las primeras observaciones en física fundamental.

Saludos
Francis

AtreyuAtreyu

Leyendo muchos de los comentarios me pregunto si más infinito que el Universo es la paciencia del sr. Francis. A mí me pasaba igual en mi blog jj Y así descubrí que la mía es finita, como el tiempo que tenía para escribir. :) Un saludo

Nelson FalconNelson Falcon

Gracias Francis… por fin leo algo sensato y preciso sobre la supuesta “confirmación experimental de la Inflación”, te felicito … te confieso que soy astrofisico y cosmologo con experiencia en CMB experimental.
De modo que la cautela es esperar los resultados de Planck y repensar que significa la exactitud de las medidas de ajustes cuando se usa la estadística bayesiana para ajustar los parámetros cosmologicos (después de todo correlación no es causalidad,,, y es lo que se usa para acotar los diversos parámetros mediante los valores de los multipolos “ele” que vienen de los polinomios asociados de Legendre para los estudios estadísticos de las anisotropias del CMB). La inflación es una enorme y poco creible extrapolacion de las leyes de la Fisicas a densidades, temperaturas, dimensiones y lapsos brevisimos de tiempos (10 a la menos 43 segundos) que nos acercan mas al mito que a la astrofisica observacional.

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