Podcast CB SyR 273: XENON1T, gravitondas, Tierra helada y controversias cosmológicas

Por Francisco R. Villatoro, el 26 junio, 2020. Categoría(s): Ciencia • Física • Noticia CPAN • Noticias • Physics • Podcast Coffee Break: Señal y Ruido • Recomendación • Science ✎ 3

He participado en el episodio 273 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [iVooxiTunes], titulado “Ep273: Exceso en XENON1T; Gravitondas; Controversias Cosmológicas; Oxígeno y Tierra Helada”, 25 jun 2020. «La tertulia semanal en la que repasamos las últimas noticias de la actualidad científica. En el episodio de hoy: Premios Princesa de Asturias 2020; NASA y tecnomarcadores; Relación entre la gran oxidación y la «Tierra helada»; LIGO/VIRGO detecta ondas gravitacionales de un evento intrigante; Analizamos el resultado del experimento XENON1T; Polémica recalibración de distancias cosmológicas; Estrategia europea de física de partículas; 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 273.

En la foto, en el Museo de la Ciencia y el Cosmos de Tenerife, Héctor Socas Navarro @hsocasnavarro (@pcoffeebreak), su director, y, por videoconferencia, Alberto Aparici @cienciabrujula, y 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 de Héctor, felicitamos a los galardonados con el Premio Princesa de Asturias de Investigación Científica y Técnica 2020, los matemáticos Ingrid Daubechies, Yves Meyer, Emmanuel Candès y Terence Tao. Recomiendo la pieza de uno de los miembros del jurado, la gran Clara Grima (Univ. Sevilla), «Ingrid y los mosqueteros del píxel,» Next, Voz Pópuli, 24 jun 2020. Un galardón a la teoría de las ondículas (wavelets), un rama de las matemáticas aplicadas al procesado de señales e imágenes (por ejemplo, JPEG2000, desarrollado en 1992, usa tecnología de ondículas).

Héctor también menciona el primer proyecto de tecnomarcadores financiado por NASA. Señales de polución atmoférica originada por la actividad industrial, iluminación de las ciudades, células fotovoltaicas y paneles solares, megaestructuras y enjambres de satélites. Más información en Amy Oliver, «Scientists collaborate on new study to search the universe for signs of technological civilizations,» Phys.org, 22 Jun 2020. Y nos cuenta Héctor que él mismo dará una charla invitada sobre tecnomarcadores en un congreso europeo sobre el tema la próxima semana.

Nos cuenta Alberto que se ha publicado en PNAS un nuevo artículo sobre el Gran Oxidación (GOE), la llamada «Tierra de bola de hielo». Las rocas de Canadá, Sudáfrica, Rusia y otros lugares muestran pruebas de una glaciación global. La datación se ha basado en análisis de isótopos de azufre en ciertos estratos; en una atmósfera que permite la entrada de radiación ultravioleta las reacciones químicas no dependen del fraccionamiento del azufre (las masas de los isótopos 32, 33 y 34 del azufre); pero cuando la atmósfera contiene oxígeno aparece ozono, que bloque los rayos UV, y produce una dependencia de la química en el fraccionamiento del azufre. ….donde se observa la transición entre una atmósfera sin oxígeno y una con oxígeno y se estima la concentración de oxígeno. Se estima ahora que ocurrió hace entre 2500 y 2430 millones de años atrás, así el oxígeno precedió a dicha glaciación. Se reduce a solo unos 70 millones de años la duración de la Gran Oxidación. Como la Tierra de bola de nieve ocurrió hace unos 2420 millones de años, fue posterior a la Gran Oxidación.

El efecto de invernadero debido al metano en presencia de oxígeno es debido a que cuando se oxida produce dióxido de carbono y vapor de agua, siendo el CO2 un gas de efecto invernadero de larga vida. Así, el aumento de oxígeno que parece que precedió a la glaciación severa que dio lugar a la Tierra de bola de nieve, así pudo ser su causa. En cierto sentido, el oxígeno desestabilizó el efecto invernadero dominado por metano dando lugar a uno dominado por CO2. El artículo es Matthew R. Warke, Tommaso Di Rocco, …, Mark W. Claire, «The Great Oxidation Event preceded a Paleoproterozoic “snowball Earth”,» PNAS 117: 13314-13320 (16 Jun 2020), doi: https://doi.org/10.1073/pnas.2003090117; y en la nota de prensa «Snowball’s chance in Earth and early signs of life,» St Andrews Communications Office, 01 Jun 2020.

Nos habla Héctor de la propuesta de la misión espacial china Solar Ring Mission (que colocará 6 telescopios solares en una órbita entre la Tierra y Venus). Tres parejas de telescopios separados por 120 º y cada miembro de la pareja por 30 º, cubriendo los 360 º completos que permiten observar el Sol desde todos los ángulos. El objetivo es resolver el origen del ciclo solar, de las erupciones solares, del viento solar y de los sucesos más severos de la tempura espacial. Se obtendrán mapas del campo magnético vectorial de la fotosfera, de la parte más interior de la heliosfera y de toda la superficie solar. El artículo es YuMing Wang, HaiSheng Ji, …, Shui Wang, «Concept of the solar ring mission: Overview,» Science China Technological Sciences (13 May 2020), doi: https://doi.org/10.1007/s11431-020-1603-2; más información en  Science China Press, «Solar Ring mission: A new concept of space exploration for understanding Sun and the inner heliosphere,» Phys.org, 02 Jun 2020.

Menciona también Héctor el último artículo de Borexino sobre la observación de neutrinos del ciclo solar CNO. El artículo es M. Agostini, K. Altenmüller, …, G. Zuzel, «Sensitivity to neutrinos from the solar CNO cycle in Borexino,» arXiv:2005.12829 [hep-ex] (26 May 2020). Se discutirá en detalle la próxima semana.

Presentamos la nueva onda gravitacional observada por LIGO/Virgo, al hilo de mi pieza «GW190814, una onda gravitacional en el hueco de masa (mass gap)», LCMF, 24 jun 2020. El artículo es The LIGO Scientific Collaboration, the Virgo Collaboration, «GW190814: Gravitational Waves from the Coalescence of a 23 Solar Mass Black Hole with a 2.6 Solar Mass Compact Object,» The Astrophysical Journal Letters 896: L44 (23 Jun 2020), doi: https://doi.org/10.3847/2041-8213/ab960farXiv:2006.12611 [astro-ph.HE] (22 Jun 2020). Recomiendo leer la excelente pieza de Christopher Berry, «GW190814—The mystery of a 2.6 solar mass compact object,» Gravitational-wave astronomer, 23 Jun 2020, así como «GW190412: the first observation of an unequal-mass black hole merger,» LSC, 20 Apr 2020.

Discutimos en detalle el exceso observado por XENON1T, que presenté en «XENON1T observa un exceso a 3.5 sigmas para energías de retroceso entre 1 y 7 keV de origen desconocido», LCMF, 17 jun 2020. Nos enrollamos bastante hablando de ALPs (axion-like particles) y de otras explicaciones posibles del exceso, como la contaminación por tritio o un posible momento magnético del neutrino (muchos órdenes de magnitud mayor que el predicho por el modelo estándar). Todas estas explicaciones son muy forzadas, quizás salvo la contaminación por tritio.

Héctor nos introduce la polémica del día, un artículo sobre la escalera de distancias que apareció en arXiv, fue retirado por sus autores, pero ha vuelto a aparecer con otro código, con dos autores nuevos y sin tres de los primeros autores. La idea es usar los datos de Gaia DR2 para reestimar la ley de Leavitt para la relación entre la variación de luminosidad de las cefeidas y su distancia. Este estudio estima la constante de Hubble; la primer versión estimaba H0 = 68.43, apoyando la medida cosmológica, mientras que la nueva versión estima H0 = 73.51, compatible con las medidas de Riess y sus colegas (él es uno de los nuevos autores). El artículo original era Louise Breuval, Pierre Kervella, …, Vincent Hocdé, «The Leavitt law of Milky Way Cepheids from Gaia DR2 static companion parallaxes,» arXiv:1910.04694v1 [astro-ph.SR] (10 Oct 2019), arXiv:1910.04694v2 [astro-ph.SR] (12 Oct 2019), arXiv:1910.04694v3 [astro-ph.SR] (18 Jun 2020); la nueva versión es Louise Breuval, …, Adam G. Riess, …, Vincent Hocdé, «The Milky Way Cepheid Leavitt law based on Gaia DR2 parallaxes of companion stars and host open clusters populations,» arXiv:2006.08763 [astro-ph.SR] (15 Jun 2020).

El pasado 19 de junio de 2020 se publicó la segunda actualización de la Estrategia Europea en Física de Partículas, «2020 Update of the European Strategy for Particle Physics» [PDF]). Nació en 2006, se actualizó por primera vez en 2013 y se volverá a actualizar en 2026. En mayo de 2019 hubo un simposio en Granada (España) y en enero de 2020 en Bad Honnef, Alemania, donde se pusieron las bases para la nueva actualización. Un buen resumen en los artículos del especial «Strategy for the future,» Nature Physics 16: 369 (06 Apr 2020), doi: https://doi.org/10.1038/s41567-020-0876-y, en especial, Michael Benedikt, Alain Blondel, …, Frank Zimmermann, «Future Circular Colliders succeeding the LHC,» Nature Physics 16: 402-407 (06 Apr 2020), doi: https://doi.org/10.1038/s41567-020-0856-2.

El futuro a corto plazo del LHC es alcanzar 14 TeV c.m. en el LHC Run 3, que se iniciará en 2021 y finalizará en 2025, totalizando unos 300 /fb de colisiones. A partir de 2027 se pasará al HL-LHC (LHC de alta luminosidad, 10×) que usará nuevos imanes superconductores de Nb3Sn que ya han sido desarrollados. Debería acumular hasta 2037 unos 3000 /fb a 14 TeV. En paralelo se apoyará el programa mundial sobre neutrinos, con experimentos de larga base en Japón (T2K) y EEUU (LBNF, Long-Baseline Neutrino Facility, y DUNE, Deep Underground Neutrino Experiment). Así como otras iniciativas internacionales.

Para el futuro a medio plazo se apoyará un colisionador electrón-positrón que actúe como fábrica de Higgs; se apoyará a ILC (International Linear Collider) en Japón. . También se seguirá estudiando un futuro colisonador hadrónico circular de 100 km llamado FCC (Future Circular Collider). Habrá un FCC-ee (con colisiones electrón-positrón) a energías 240 GeV cm y 365 GeV cm; luego se pasaría a FCC-hh (con colisiones protón-protón) a una energía de 100 TeV cm, e incluso a un FCC-eh a 3.5 TeV cm. Debería acumular unos 20 /ab (20 000 /fb) de colisiones en el FCC-hh y unos 2 /ab en el FCC-eh. Se deberían aprobar el inicio de la construcción en 2026, pero todo dependerá de si China prosigue con su Colisionador Electrón-Positrón Circular (CEPC) de 100 km de longitud que operará entre 2030 y 2040 (una fábrica de Higgs) y luego con su Super-Colisionador Protón-Protón (SPPC) con colisiones a 75 TeV cm.

Ha habido muchas críticas en los medios al FCC en el CERN: Sarah Charley, «European Strategy prioritizes Higgs factory,» Symmetry, 22 Jun 2020; «Particle physicists update strategy for the future of the field in Europe,» Interactions.org, 19 Jun 2020; Hannah Devlin, «Cern poised to back plan for €20bn successor to Large Hadron Collider,» The Guardian, 19 Jun 2020; Sabine Hossenfelder, «The World Doesn’t Need a New Gigantic Particle Collider,» Scientific American, 19 Jun 2020; Michael Banks, «CERN approves further work on Future Circular Collider – but delays final decision,» Physics World, 19 Jun 2020; Bob Yirka, «CERN Council endorses building larger supercollider,» Phys.org, 22 Jun 2020; etc.

Y finalizamos con Señales de los Oyentes: Bruno Jiménez pregunta «¿21 kM€ a cuántos presupuestos del Real Madrid equivale?» Contesta Héctor que el presupuesto anual del Barcelona es de 800 M€ y del Madrid de 650 M€, luego dividiendo entre 25 años el presupuesto del FCC resulta una cantidad anual similar a la del presupuesto del Barcelona.

Sergio Llorente pregunta «si las ondas gravitacionales producen más impacto en el tiempo que en el espacio, ¿tendría sentido medirlas con relojes atómicos en lugar de con interferómetros». Contesto que así es, se han propuesto varios métodos para lograrlo. Por ejemplo, Peter W. Graham, Jason M. Hogan, …, Surjeet Rajendran, «New Method for Gravitational Wave Detection with Atomic Sensors,» Phys. Rev. Lett. 110: 171102 (25 Apr 2013), doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.110.171102; Abraham Loeb, Dan Maoz, «Using Atomic Clocks to Detect Gravitational Waves,» arXiv:1501.00996 [astro-ph.IM] (05 Jan 2015); S. Kolkowitz, I. Pikovski, …, J. Ye, «Gravitational wave detection with optical lattice atomic clocks,» Phys. Rev. D 94: 124043 (27 Dec 2016), doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.94.124043; etc.

Sergio Llorente pregunta, respecto a la obra pública del túnel de 100 km del FCC en el CERN, «¿se usa una tuneladora como las del metro?». Contesto que básicamente así, no me consta que sea una tuneladora especial en ningún sentido.

Silvina Pisani pregunta «¿los axiones pueden ser partículas de materia oscura?». Contest Alberto que así es, que hay modelos de axiones que son buenos candidatos a materia oscura.

¡Qué disfrute del podcast!



3 Comentarios

  1. Off-topic: ¡¡¡ Adam Riess recomienda escuchar Coffe Break 😀 !!!

    No resisto hacer algunos comentarios sobre la sección al respecto del exceso observado por XENON1T.

    La intervención de Francis ha sido verdaderamente sobresaliente. Me ha fascinado al cien por cien cada palabra que dijo sobre la física del axión y sus sutilezas. Enfatizo algunas joyas:

    1.-El breve comentario sobre que, previo al descubrimiento de la partícula de Higgs, se sabía con certeza que el campo de Higgs existía, pero se «esperaba» que la partícula de Higgs no apareciera (al menos en la escala electrodébil); eso habría sido lo verdaderamente impresionante. ¡Gran ejemplo de la distinción entre una partícula y el campo de la cual esta última es una exitación! https://francis.naukas.com/2013/12/02/francis-en-trendingciencia-la-realidad-esta-hecha-de-campos-de-particulas/ .

    2.- «Nadie espera que existan campos escalares(a baja energía) en la naturaleza». Aquí Francis menciona algo muy cierto, pocas veces estresado en la divulgación científica y muy importante para entender soluciones propuestas para el problema de la jerarquía ; las partículas escalares reciben correcciones cuánticas para su masa desnuda de parte de todas las partículas del modelo estándar.

    3.- El problema de la jerarquía es fundamentalmente un problema que se sigue del procedimiento de renormalización de la masa de un campo escalar en teoría cuántica de campos. Exactamentemente cierto. Algunos divulgadores suelen comentar que el problema de la jerarquía, no es un problema, puesto que surge del «prejuicio» teórico «injustificado» de que los valores de los parámetros del modelo estándar deberían ser del orden de la unidad en unidades de Planck; nada de esto, el problema de la jerarquía es real y el corazón del asunto (y porque es equivalente al problema del ajuste fino de la masa del Higgs) está en lo que menciona Francis sobre la renormalización.

    Me permito adjuntar algunos enlaces con discusiones que me gustan mucho sobre sutilezas del problema de la jerarquía:

    ¿Por qué la divergencia cuadrática (a la masa) del Higgs es un problema y las correciones logaritmicas a QED no lo son? https://physics.stackexchange.com/questions/101304/renormalization-and-the-hierarchy-problem?rq=1

    Sobre la relación del problema de la jerarquí el problema del ajuste fino para la masa del Higgs. https://physics.stackexchange.com/questions/43303/relationship-between-hierarchy-problem-and-higgs-fine-tuning

    ¿Qué es el problema de la jerarquía? https://physics.stackexchange.com/questions/43579/what-is-the-hierarchy-problem?noredirect=1&lq=1

    Es un honor leerle y escucharle, Francis.

    1. Debo reconocer que me está costando un poco acostumbrarme a esto de los podcast (creo que me estoy haciendo viejo) aunque valoro las ventajas que tiene en la difícil tarea de la divulgación científica. Comparto el entusiasmo de Ramiro tras oir la intervención de Francis es, como de costumbre, fantástica. Como simple aficionado, coincido con Ramiro en que el problema de la jerarquía es un problema real y uno de los indicios más claros de que existe nueva Física: por fuerza tienen que existir nuevas partículas, nuevos campos, nuevas simetrías que «protejan» la masa del Higgs. Es fascinante darse cuenta como el SM ha surgido a base de conceptos fisico-matemáticos basados en teoría de grupos, simetrías gauge, QFT, ruptura espontánea de simetría… es increíble percatarse de como la realidad parece una «mezcla» de conceptos físicos y conceptos matemáticos. En la ruptura electrodébil por ejemplo, un campo escalar complejo (el Higgs) junto con 4 campos gauge sin masa dan lugar a 3 nuevos campos con masa y un campo que permanece sin masa (el fotón). Esto explicado solamente con palabras es extraño, confuso, «metafísico»… sin embargo, su estructura Matemática es elegante, «sencilla» y bella. Todos los indicios apuntan a una gran unificación de las fuerzas fundamentales a alta energía, esto implica nuevos grupos de simetría, nuevos campos gauge… Aunque no corran buenos tiempos para la física de partículas es evidente que no debemos parar la investigación en física fundamental, quizás debemos «reenfocar» el dinero disponible en proyectos más prácticos o menos costosos, sin embargo, promover el mensaje de que hay que destinar el poco presupuesto que tiene la Física fundamental a la lucha contra el cambio climático o las pandemias es un mensaje estúpido, demagógico y populista… y si ese mensaje encima viene de una «física reputada» es sencillamente repugnante. Creo que la física no merece personajes así, menos mal que los físicos de verdad se dedican a lo que verdaderamente importa…

      1. Tampoco soy entusiasta del formato podcast, disfruto mucho más la lectura y no estoy habituado a sentarme con el fin de sólo escuchar; sin embargo, por Francis, vale la pena tratar de evolucionar.

        Me alegra que Planck entienda tan agudamente mi crítica. Discutir sobre el concepto de «naturalidad» es complicado, existen varias definiciones que se aplican a diversos contextos (campos, sus acoplos o valores de sus parámetros) que no necesariamente son «equivalentes» y cuyas justificaciones tienen distintos niveles de rigor. Sin embargo, el problema de la jerarquía (en sus muchas formulaciones) ha sido específicamente minimizado por «divulgadores» (como Sa*ine) para promover propaganda anti-colisionadores y tal acto es injustificado he irracional. La inferencia que sugiere nueva física para explicar la presencia del higgs en la escala de los GeV se sigue de argumentos rigurosos basados en como se renormaliza la masa de un campo escalar en teoría cuántica de campos; llamar «no natural» a la masa del higgs puede ser una opinión, pero es un hecho que los argumentos generales(no opiniones) indican que en la física de precisión del higgs, hay un misterio.

        Saludos Planck.

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