Podcast CB SyR 272: Conjetura de Maldacena, condensados de Bose-Einstein y otras noticias de ciencia

Por Francisco R. Villatoro, el 19 junio, 2020. Categoría(s): Ciencia • Física • Historia • Noticias • Physics • Podcast Coffee Break: Señal y Ruido • Recomendación • Science ✎ 10

He participado en el episodio 272 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [iVooxiTunes], titulado “Ep272: Conjetura de Maldacena y Entropía de Agujeros Negros; Condensado Bose-Einstein; Cocodrilos Bípedos; Varios”, 18 jun 2020. «La tertulia semanal en la que repasamos las últimas noticias de la actualidad científica. En el episodio de hoy: Primer perihelio de Solar Orbiter; El «airglow» de Marte; Cocodrilomorfos bípedos en el Cretáceo Temprano; Conjetura de Maldacena y termodinámica de agujeros negros; Señales de los oyentes. Todos los comentarios vertidos durante la tertulia representan únicamente la opinión de quien los hace… y a veces ni eso. CB:SyR es una colaboración del Museo de la Ciencia y el Cosmos de Tenerife con el Área de Investigación y la UC3 del Instituto de Astrofísica de Canarias».

Ir a descargar el Episodio 272.

En la foto, arriba a la derecha, en el Museo de la Ciencia y el Cosmos de Tenerife, Héctor Socas Navarro @hsocasnavarro (@pcoffeebreak), su director, y, a la derecha, por videoconferencia, Sara Robisco Cavite @SaraRC83, y, abajo, Francis Villatoro  @emulenews.

El vídeo de YouTube estará disponible completo durante unos días y luego será recortado, pues Coffee Break: Señal y Ruido es un podcast, no un canal de YouTube.

Tras la presentación, Héctor recuerda que ya hablamos de las 36 (que no 42) civilizaciones inteligentes en nuestra Galaxia, ahora tan de moda, en «Podcast CB SyR 263: Conway, CETI, anisotropías cosmológicas, neandertales y otras noticias», LCMF, 17 abr 2020. También me pide un resumen breve (se tratará en más detalle la semana próxima) de «XENON1T observa un exceso a 3.5 sigmas para energías de retroceso entre 1 y 7 keV de origen desconocido», LCMF, 17 jun 2020. Comento detalles sobre el anuncio en la videoconferencia del doctorando Evan Shockley (Univ. Chicago), en lugar de su director Luca Grandi (Univ. Chicago), uno de los líderes del proyecto coordinado por Elena Aprile (Univ. Columbia); me hubiera gustado que el anuncio fuera realizado por alguien con más peso, no digo que Aprile, pero al menos Grandi.

Por cierto, menciona Héctor el caso de Katie Bouman (CalTech), que se hizo famosa tras la imagen del agujero negro supermasivo M87* de la colaboración EHT. Nos confiesa que trató de entrevistarla en su momento y no pudo, recibiendo una respuesta oficial en lugar de una personal. Cuento un poco lo que recordaba sobre ella. Te recomiendo «Francis en Raíz de 5: Powehi, el primer agujero negro visto por la ciencia», LCMF, 18 abr 2019.

Sara nos cuenta que la Solar Orbiter (ESA) ha alcanzado su primer perihelio alrededor del Sol. Héctor complementa lo que ella nos cuenta, comentando que su objetivo será estudiar los polos del Sol y estudiar el origen del campo magnético solar. Héctor aprovecha para hablarnos de la dinamo solar, que tiene dos fases, una dominada por campos toroidales y otra por campos polares. La sonda Solar Orbiter ayudará a entender mejor la dinamo. Más información en Meghan Bartels, «Solar Orbiter spacecraft makes its 1st flyby of the sun,» Space.com, 15 Jun 2020.

 

El instrumento NOMAD de la sonda TGO (Trace Gas Orbiter) de ExoMars de ESA ha observado la línea verde de generada por los átomos de oxígeno en la atmósfera marciana (también ha observado una línea doble en el ultravioleta). La emisión del oxígeno a 557.7 nm es responsable del color verdoso de las auroras en la Tierra (y en Marte). Además se ha observado una doble línea similar en el ultravioleta cercano, alrededor de 297.2 nm. El cociente entre la intensidad de ambos fenómenos resulta ser 16.5 ± 0.4, que confirma los cálculos teóricos a partir de medidas en la Tierra (15.5).

Un resultado muy interesante sobre la física atmosférica de los planetas. El artículo es J.-C. Gérard, …, M. A. López-Valverde, B. Beeckman, «Detection of green line emission in the dayside atmosphere of Mars from NOMAD-TGO observations,» Nature Astronomy (15 Jun 2020), doi: https://doi.org/10.1038/s41550-020-1123-2.

Nos cuenta Sara que se han descubierto unas huellas que indican que había cocodrilomorfos que caminaban sobre dos patas. El artículo es Kyung Soo Kim, Martin G. Lockley, …, Anthony Romilio, «Trackway evidence for large bipedal crocodylomorphs from the Cretaceous of Korea,» Scientific Reports 10: 8680 (11 Jun 2020), doi: https://doi.org/10.1038/s41598-020-66008-7

Me pide Héctor que hable del condensado de Bose–Einstein (BEC) que se ha logrado en la Estación Espacial Internacional. Los BECs se observaron por primera vez hace 25 años (Premio Nobel de Física de 2001) y desde entonces se ha ido bajando la temperatura récord a la que se observan. El BEC es un como un «átomo gigante» formado por millones o incluso miles de millones de átomos; como está descrito por una única función de onda cuántica, este estado de la materia es muy delicado y le afectan muchos factores, como la gravedad terrestre (que vuelve asimétrico el potencial que atrapa el gas de átomos ultrafríos).

En un entorno de microgravedad el potencial que atrapa el BEC es simétrico, con lo que es mucho más estable y tiene una mayor duración. Por ello hay mucho interés en realizar este tipo de experimentos en la Estación Espacial Internacional (ISS). El experimento CAL (Cold Atom Lab) del JPL (NASA), instalado en la ISS, tiene por objetivo producir condensados de Bose–Einstein (BECs) con temperaturas de subnanokelvin. La microgravedad ofrece un entorno ideal para lograrlo, ya que el potencial gravitacional es asimétrico en los experimentos en tierra.

Se ha logrado un condensado de átomos de rubidio-87 (⁸⁷Rb), que son átomos bosónicos; su núcleo tiene 37 protones y 50 neutrones, además de los 37 electrones, todos ellos fermiones de espín 1/2, luego el espín total es entero, 1/2*(37+50+37); se suele decir que los átomos neutros son bosónicos cuando su número de neutrones es par. Se pueden lograr BEC con átomos fermiónicos (con número impar de neutrones) de dos formas, por formación de pares de Cooper (como en los superfluidos y superconductores) o por formación de «moléculas» (BEC fermiónicos moleculares); estos últimos fueron fabricados por primera vez por la genial Deborah S. Jin (firme candidata al Premio Nobel de Física hasta que falleció a finales de 2016).

En el nuevo experimento se ha logrado que el BEC en microgravedad sobreviva durante más de un segundo. Se ha trabajado con temperaturas de 130 nK (el mismo experimento en la Tierra solo logra alcanzar 500 nK). El número de átomos en la nube no es muy alto (del orden de 49 000); la distribución de temperatura no es uniforme y se estima que el 26% del condensado alcanzó una temperatura mínima de 17 nK (algo que es imposible en un experimento en la superficie terrestre).

El artículo es David C. Aveline, Jason R. Williams, …, Robert J. Thompson, «Observation of Bose–Einstein condensates in an Earth-orbiting research lab,» Nature 582: 193-197 (11 Jun 2020), doi: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2346-1; más información en Maike D. Lachmann, Ernst M. Rasel, «Quantum matter orbits Earth,» Nature 582: 186-187 (11 Jun 2020), doi: https://doi.org/10.1038/d41586-020-01653-6, y en Kai Frye, Sven Abend, …, Lisa Wörner, «The Bose-Einstein Condensate and Cold Atom Laboratory,» arXiv:1912.04849 [physics.atom-ph] (10 Dec 2019).

Y pasamos a describir unos nuevos resultados que respaldan la conjetura de Maldacena sobre la correspondencia AdS/CFT. Lo conté en «Nuevos resultados que apoyan la conjetura AdS/CFT de Maldacena», LCMF, 07 jun 2020; también recomiendo «Avances en la conjetura de Maldacena sobre la correspondencia AdS/CFT», LCMF, 20 ago 2020; «ER=EPR, la nueva conjetura de Maldacena y Susskind», LCMF, 26 jul 2013.

Héctor describe de forma breve la dualidad de Maldacena y recomiendo el programa «Ep96: Tertulia con Maldacena y Edelstein; Conjetura de Maldacena; Principio Holográfico; Gravedad Cuántica; ER=EPR», Coffee Break: Señal y Ruido, 03 feb 2017. Se hizo eco de los 20 años de la publicación el artículo de Maldacena, el más citado de la física fundamental (iNSPIRE HEP top 100). Luego trata de contar la historia de la conjetura de Maldacena, en un intento de contextualizar cómo surgió a finales de los 1990 y qué impacto ha tenido desde entonces. Sigue siendo una conjetura, pero tiene un fuerte apoyo «experimental» (obviamente, me refiero a experimentos teóricos, es decir, modelos de juguete). Los nuevos resultados apoyan aún más la conjetura, por ello son muy relevantes. Recomiendo escuchar el audio de este programa (y del episodio 96).

Los tres artículos son Francesco Benini, Paolo Milan, «Black Holes in 4D N=4 Super-Yang-Mills Field Theory,» Physical Review X 10: 021037 (18 May 2020), doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevX.10.021037arXiv:1812.09613 [hep-th] (22 Dec 2018); Sunjin Choi, Joonho Kim, …, June Nahmgoong, «Large AdS black holes from QFT,» arXiv:1810.12067 [hep-th] (29 Oct 2018); y Alejandro Cabo-Bizet, Davide Cassani, …, Sameer Murthy, «Microscopic origin of the Bekenstein-Hawking entropy of supersymmetric AdS5 black holes,» JHEP 2019: 62 (07 Oct 2019), doi: https://doi.org/10.1007/JHEP10(2019)062arXiv:1810.11442 [hep-th] (26 Oct 2018). Los tres artículos aparecieron en arXiv a finales de 2018 y han sido citados más de 40 veces por otros artículos que extienden sus resultados a otras teorías SCFT en más de cuatro dimensiones.

Finalmente, pasamos a señales de los oyentes, y contestamos algunas preguntas curiosas. ¡Qué disfrutes del podcast!



10 Comentarios

  1. Hola Francis, he estado escuchando esta mañana el último capítulo de Coffee Break (aún no he terminado, la conjetura de Maldacena requiere estar descansado y en completo silencio, jeje) y al salir Einstein me he acordado de que desde hace tiempo quiero comprar un libro que trate sobre los experimentos que hasta ahora han validado la Relatividad General.
    De momento el que mas se ajusta es: ¿TENIA RAZON EINSTEIN? : LA ESPECTACULAR CONFIRMACION CIENTIFICA DE LA TEORIA DE LA RELATIVIDAD de CLIFFORD M. WILL.
    Si lo has leído te pediría por favor me dieras tu opinión y si puede ser me recomendases algún otro sobre este tema.
    Por último agradecerte la gran labor de divulgación que llevas a cabo sobre ciencia y sobre Física en particular
    Saludos desde Tenerife

  2. Hola ¿Puedo unas preguntas algo tontas? ¿las hoja del mundo de las cuerdas sobre las Dx-Branas podrían conformar campos cuánticos? La relatividad especial depende de los principios de equivalencia y límite de C y la general que es la energía la que curva el espacio-tiempo y gravita. Como son modelos bueno teorías construidas como expresiones de esos principios (bajo un marco conceptual, claro) pues donde no funcionen los principios las teorías deben de fallar ¿no? Se supone que no entendemos la gravedad en lo pequeño y en ciertos límites o la mecánica cuántica en otros… Y los dos en donde fallan las dos ¿no podría ser, por ejemplo, que en algunas situaciones el principio de equivalencia fallara y hubiera leyes físicas especiales u otras al estar distorsionada la situación y el modelo debería cambiar en singularidades por otro u otros antes de intentar unificar? ¿Cómo entiende el flujo del tiempo el marco de las cuerdas ? ¿se podrían sustituir estas por vibraciones en dimensiones sobre otras dimensiones de forma que solo hubiera relaciones cambiantes entre dimensiones y no un objeto material último sino que emergiera de ahí o no tiene mucho sentido?

    1. Suzudo pregunta «¿las hoja del mundo de las cuerdas sobre las Dp-branas podrían conformar campos cuánticos?» La pregunta no está bien formulada, pues mezcla conceptos. La teoría de cuerdas a nivel perturbativo describe la hoja del mundo 1+1 de la cuerda (Σ) propagándose en un espaciotiempo inducido 9+1 (X). Las excitaciones sin masa de la hoja del mundo describen 3 campos cuánticos, el tensor métrico de espín 2, el campo de Kalb-Ramond U(1) de espín 1 y el dilatón de espín 0. No sé si te refieres a estos campos cuánticos (que no tienen nada que ver con la Dp-brana).

      Para cuerdas abiertas cuyos extremos (9+1) tienen p componentes fijadas a una Dp-brana (p+1) y 9-p componentes libres (condición de contorno de Neumann en lugar de Dirichlet), aparece un campo gauge U(1) asociado a los extremos de la cuerda (que en rigor son el contorno de la hoja del mundo y por tanto «no están» en la hoja del mundo, sino en la Dp-brana). Cuando hay N Dp-branas superpuestas, aparece un campo gauge SU(N).

      «¿No podría ser que en algunas situaciones el principio de equivalencia fallara?» La teoría de cuerdas es cuántica y relativista, y preserva el principio de equivalencia en el espaciotiempo inducido. Obviamente, a baja energía, toda simetría podría estar rota; se puede romper tanto la invariancia bajo difeomorfismos (o sea, el principio de equivalencia) como la supersimetría, como incluso la evolución unitaria. Hay teorías de cuerdas cuyo vacío está roto a una teoría que no es supersimétrica, no es relativista y ni siquiera es cuántica; por supuesto, nadie en su sano juicio considera que este tipo de vacíos tengan visos de describir el universo en el que vivimos (pero se usan en ciertos modelos en física de materia condensada).

      «¿Cómo entiende el flujo del tiempo el marco de las cuerdas?» Exactamente igual que en el resto de la física. El límite clásico de la teoría de cuerdas es una supergravedad (9+1) —en la teoría M es una supergravedad 10+1— con una flecha de tiempo idéntica a la de la relatividad general. Por debajo de la escala de la energía de la cuerda el espaciotiempo clásico emerge (aunque se ignoran los detalles de cómo lo hace) de una descripción cuerdística a la escala de energía de la cuerda en la que solo existen campos cuerdísticos en la hoja del mundo. Los campos cuerdísticos no son campos cuánticos, pero el vacío de un campo cuerdístico describe a una torre infinita de campos cuánticos de espín creciente.

      «¿Se podrían sustituir …?» Tu pregunta no tiene ningún sentido. Así que es imposible de contestar.

      Francis

      1. Gracias por tu esfuerzo e interés Francis. No es que no tengan sentido las preguntas. Es que están patéticamente formuladas por mi. Y si intento intentar mejorarlo lo empeoro enrollándome. Pero muchísimas gracias. Que me ha servido de mucho. Muchisimo. Lo del flujo me refería al fluir no al sentido del flujo. Pero como es algo que… NO me hagas mucho caso pero para mi el presente es el resultado de algo expresable con operadores sobre los pasados. Pero El presente no determina un único futuro sino varias posibilidades bajo superposición y aunque las funciones de onda etc sean deterministas, el valor medido o «escogido» de la superposición de valores es estocástico con lo que de los posibles conjuntos de futuros posibles se han cribado un montón y la entropía ha aumentado y entiendo que esto es el fluir del tiempo. En el sentido que yo tengo el mismo o la cosa que mida y al medir y hacer que ese sistema forme parte del mio determino su tiempo respecto el mio que viene marcado por las interacciones o los cambios fijos o bueno… <> Como está expresada no tiene ninguno en el contexto que lo está. Sorry. Pero ¿y si no hubiera un objeto último de la realidad y todo fuera como la fuerza o la masa y solo hubiera dimensiones, expansiones y extensiones de esas dimensiones y movimiento de esos cambios sobre otras y así montar unas herramientas aún más fundamentales y escalarlas a ..,. bueno.. Supongo que ha de haber algo con unas propiedades y ya está y mejor si las podemos describir matemáticamente y la ciencia no ha de determinar el porque sino como es. Sean las cuerdas, branas….O un objeto que da esas cosas.. Pero ¿y si no lo hay y solo hay condiciones y propiedades? puesto que cuando miramos un objeto, lo tocamos etc eso es un conjunto de interacciones con unas propiedades y lo que consideramos objeto es ese conjunto de propiedades y su forma de interaccionar no un «algo» del sentido común…

        1. Suzudo:

          Tú primer comentario tenía algo de sentido, este segundo ya carece de él. Estás preguntando cuestiones filosóficas y la teoría de cuerdas no es filosofía.

          Si estáis interesado en aprender algo sobre teoría de cuerdas lo mejor es que trates de buscar literatura al respecto. Hay muchos y estupendos libros, en este estupendo blog se han reseñado varios:
          -https://francis.naukas.com/2015/06/30/resena-the-little-book-of-string-theory-por-steven-s-gubser/
          -https://francis.naukas.com/2015/06/23/resena-the-complete-idiots-guide-to-string-theory-por-george-musser/

          Incluso hay libros en español como https://francis.naukas.com/2017/01/21/resena-cuerdas-y-supercuerdas-de-edelstein-y-giribet/ o los maravillosos y muy famosos «El universo elegante» he «Hiperespacio» de Brian Greene y Michio Kaku respectivamente.

          También buenos documentos divulgativos, personalmente recomiendo:

          -https://francis.naukas.com/2016/07/01/lo-que-todo-fisico-debe-saber-sobre-la-teoria-de-cuerdas/ , https://arxiv.org/abs/hep-th/9812104 , https://arxiv.org/abs/1512.02477 .

          Comentarios: En el marco de la teoría de cuerdas no tiene sentido hablar de objetos «compuestos» ni objectos «fundamentales» luego preguntar: ¿Hay un objeto último de la realidad? no tiene sentido.
          Le recomiendo la siguiente extraordinaria charla sobre las lecciones irreversibles que ha traído la teoría de cuerdas para con la física fundamental:

          Fundamental Lessons From String Theory- Cumrun Vafa https://www.youtube.com/watch?v=7Me99u1ResE

  3. Gracias por toda la info. Me irá de mil maravillas «Tú primer comentario tenía algo de sentido, este segundo ya carece de él. Estás preguntando cuestiones filosóficas y la teoría de cuerdas no es filosofía.» Sí. Son cuestiones filosóficas.A partir de donde te he dicho que no me hicieras mucho caso. Pero muchas gracias por reconducir precisamente a lo que me hace realmente falta mirar. El que tengan o no sentido esas cuestiones es algo subjetivo bueno desde la teoría de cuerdas no lo tienen pero no depende de la teoría de cuerdas ese sentido sino de quienes se las plantean y razonan ¿no? De toda forma la teoría de cuerdas es un marco conceptual. Lo podemos tomar tal cual y estudiar los modelos y propuestas que se han hecho que es lo correcto pero… ¿por qué no? plantear alguna cuestión filosófica bien planteada (si alguien lo sabe hacer y tiene algún camino medio transitable) sino veo difícil que alguien lo llegue a ampliar con nuevas herramientas. Y una teoría realmente unificada requiere además de las herramientas de la teoría de cuerdas, creo que tener más herramientas. Pero tal vez sea perder el tiempo con esas divagaciones filosóficas que he soltado. Gracias por tu tiempo y sobre todo gracias por buscar la info Ocurre que hasta ahora cuando más leo incluso cuestiones técnicas más fácil las puedo asimilar, ordenar etc en mi mente encajándolas con esas cosas «filosóficas» y como si encajaran solas. Mejor que las intente apartar

    1. Suzudo:

      No estoy en contra de plantear cuestiones filosóficas sobre la teoría de cuerdas; si a Usted le ayuda a satisfacer alguna curiosidad, está bien. Mi punto simplemente es que siempre es mejor considerar la posibilidad de leer algo un poco más técnico o buena divulgación, seguro le traerá satisfacciones mayores.

      Recientemente se han publicado documentos verdaderamente buenos sobre filosofía en teoría de cuerdas; le recomiendo algunos, esperando que Francis no lo considere publicidad y se moleste.

      1.- Libro: «The Emergence of Spacetime in String Theory» de Tiziana Vistarini.
      2.-Libro: «The Universe Before the Big Bang: Cosmology and String Theory» de Maurizio Gasperini.
      3.- Artículo The ‘emergence’ of spacetime (in string theory) de Hugget y Wuthrich http://philsci-archive.pitt.edu/17199/1/HuggettOON9.pdf
      4.- Buscar artículos de Sebastian de Haro en AriXiv siempre trae gratas sorpresas, ejemplos: https://arxiv.org/abs/1509.09231 , https://arxiv.org/abs/1904.03232 y https://arxiv.org/abs/1904.03234

      Un saludo.

      1. Muchas gracias por tu amabilidad. NO creo que Francis se moleste. Eso sí ya lo recuerdo cuando dice «lo que digan las matemáticas» Pero creo que se han de plantear estas cuestiones porque hacen falta más herramientas matemáticas. Sino hacemos estas preguntas se va a estar atorado y mucho con intentos e intentos porque pienso que : «Cuando alguien está muy seguro de algo, el error está en aquello (matiz, detalle, lo que sea) que no se le ha pasado por la cabeza intentar refutar» Algo de concepto de plantamiento de enfoque para buscar ampliar un marco conceptual etc. Claro que la relatividad especial está de cine o la general o la mecánica cuántica de campos… Pero falta, falta más cosas más chicha…

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