Podcast CB SyR 333: rayos cósmicos, teoría de cuerdas, luz y materia

Por Francisco R. Villatoro, el 20 septiembre, 2021. Categoría(s): Ciencia • Física • Noticias • Physics • Podcast Coffee Break: Señal y Ruido • Recomendación • Science ✎ 3

He participado en el episodio 333 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [iVooxiTunes], titulado “Ep333: », 16 sep 2021. «La tertulia semanal en la que repasamos las últimas noticias de la actualidad científica. En el episodio de hoy: . 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 333.

Como muestra el vídeo, en el Museo de la Ciencia y el Cosmos de Tenerife se encuentra su director, Héctor Socas Navarro @hsocasnavarro (@pcoffeebreak), y por videoconferencia José Edelstein, @JoseEdelstein, y Francis Villatoro @emulenews.

Tras la presentación, Héctor le pide a Jose que nos hable de Amautas.com. Si no conoces Amautas visita su web y enamórate de esta iniciativa; y si puedes suscríbete. Además, anuncia la mesa redonda «Agujeros Negros», evento del curso de experto en astrofísica de la UCAM; intervienen Dra. Isabel Cordero (Univ. Valencia), Dr. Gastón Giribet (Univ. Buenos Aires), Dr. Artemio Herrero (Instituto de Astrofísica de Canarias), Dr. Héctor Socas (Instituto de Astrofísica de Canarias) y un servidor. Puedes disfrutar de ella en este vídeo YouTube.

Héctor destaca que este episodio es “medio satánico”, porque el número 333 es la mitad de la llamada «marca de la Bestia» (capítulo 13.1 del Apocalipsis, Nuevo Testamento, Biblia). Y nos introduce un audio de María Ribes Lafoz (@Neferchitty) que nos lee un pasaje del Apocalipsis y nos habla un poco de gematría y numerología.

Nos habla Héctor del efecto de los rayos cósmicos sobre la memoria de los ordenadores. Un rayo cósmico puede convertir un cero en un uno y viceversa,el llamado bitflipping. Cuando dicho cambio afecta al nombre de un dominio en un servidor de nombres (DNS) se llama bitsquatting; un solo bit de código ASCII (por ejemplo, cambiar windows.com por windnws.com, windo7s.com, etc.); una manera de secuestrar el tráfico de un dominio es comprar todos los dominios alterados. En 2011 se publicó un artículo de Artem Dinaburg que estudió 31 variaciones de un solo bit en ocho dominios muy populares. Recibió un promedio 3 434 solicitudes diarias de DNS que estaban dirigidas a dominios legítimos.

Por supuesto, todo podría haber sido debido a la escritura incorrecta de los nombres de dominio (un error muy habitual). En cualquier caso, la mejor manera de evitar estos ataques de bitquatting es que las grandes compañías compren dichos dominios y los redirijan hacia el dominio legítimo; por ejemplo, parece que Apple lo ha hecho (los bitflips del dominio time.apple.com ya no están disponibles, es de suponer que Apple los habrá comprado). Más información en Ax Sharma, «Hijacking traffic to Microsoft’s windows.com with bitflipping,» Bleeping Computer, 04 Mar 2021; el artículo citado es Artem Dinaburg, «Bitsquatting: DNS Hijacking without Exploitation,» Black Hat (Jul 2021) [PDF wayback machine]. Bruno Jiménez @Noxbru comentó en Twitter de que existen memorias que detectan y corrigen errores, se llaman memorias ECC (se usan en las cachés de los microprocesadores actuales).

Héctor le contestó a Leni que estas cosas también pasan con las imágenes astronómicas, cuando se hacen exposiciones de varios minutos es habitual ver los impactos de rayos cósmicos. Se suelen limpiar durante el procesamiento de las imágenes. Normalmente afecta a los datos (imágenes, audio, …), pero una pequeña fracción puede afectar a alguna instrucción, alterando un código de forma impredecible.

En un hilo de Twitter Héctor nos contó una curiosa historia, que repite en el podcast: «estuvimos usando una grabadora/interfaz digital durante años. Luego, cuando pasamos al museo y empezamos a usar el equipamiento allí, guardamos la grabadora en un cajón. Un día decidí usarla como interfaz de micrófono para grabar una entrevista. Cuando se publicó la entrevista descubrí horrorizado que mi audio se escuchaba con un molesto click cada segundo. Después de mucho romperme la cabeza, averigüé que el molesto click lo introducía la grabadora. En mi desesperación, tras probar todas las soluciones razonables que pensaría una mente cuerda, empecé a probar otras cosas. Resulta que el problema se resolvió cuando le volví a flashear el firmware de fábrica (el software que corre internamente). Teniendo en cuenta que funcionaba perfectamente, la guardamos en un cajón y al volver a sacarla tenía un fallo de software, tengo la sospecha de que el problema puede haber sido ocasionado por una «mutación» en el firmware producido por una de estas partículas. Nunca lo podremos saber con seguridad. Pero tratándose de equipamiento de Coffee Break lo suyo sería que hubiera sido impactado por un rayo cósmico, una partícula que hubiera estado viajando durante millones de años por la galaxia. Cualquier otra explicación sería muy vulgar.»

Las enanas marrones, al ojo humano, son violetas (que no violentas). Se ha usado una herramienta para calcular el color a partir del espectro; el resultado son las coordenados en el espacio de color CIELAB (CIE 1976 L*a*b*, de la Commission Internationale de l’Eclairage) y en el RGB para las estrellas de la secuencia principal y para las enanas marrones (en Photoshop CIELAB se llama LAB). Las estrellas O y B (con Teff  > 10 000 K) son más azules que los cuerpos negros equivalentes debido a la absorción continua de Paschen. Las estrellas de tipo solar (5000–7000 K) aparecen blanquecinas y las enanas K/M aparecen ligeramente moradas en lugar de anaranjadas o rojas. Y las enanas marrones, que tienen un amplio rango de temperaturas efectivas (400–2000 K) emitiendo la mayor parte de su flujo en el infrarrojo, pueden parecer violetas a los ojos humanos.

Por supuesto, la absorpción de la atmósfera de la Tierra también influye, produciendo un enrojecimiento no despreciable en visión cenital. El artículo es Steven R. Cranmer, «Brown Dwarfs are Violet: A New Calculation of Human-eye Colors of Main-sequence Stars and Substellar Objects,» Res. Notes AAS (RNAAS) 5: 201 (Sep 2021), doi: https://doi.org/10.3847/2515-5172/ac225c. Por cierto, ya hablamos de este tema en el episodio 304 (LCMF, 29 enero, 2021), sobre el artículo de Jan-Vincent Harre, René Heller, «Digital color codes of stars,» ASNA 342: 578-587 (23 Feb 2021), doi: https://doi.org/10.1002/asna.202113868arXiv:2101.06254 [astro-ph.SR] (15 Jan 2021). Por cierto, comenta Héctor que RRNAS es una revista curiosa, sin revisión por pares, que publica resultados negativos, notas de investigación, etc.

Fuente: Mariana Graña (https://www.birs.ca/events/2019/5-day-workshops/19w5094/videos/watch/201905020930-Grana.html).

Héctor retoma un tema de la semana pasada, el artículo de Skarke con un teorema no-go sobre espacios tipo de Sitter en teoría de cuerdas. Skarke retractó su artículo en arXiv tras encontrar un error en su demostración: «The proof as given in v1 cannot be correct bcause, with the same methods, a number of well-known models could also be excluded. The error consisted in an application of the variational principle in section 4 in a manner that was too general, particularly with respect to nontrivial fluxes». Le pide Héctor a Jose que nos cuente su opinión sobre el problema de los espaciotiempos de tipo de Sitter en teoría de cuerdas. Nos recuerda el artículo de Maldacena y Nuñez (2001) con un teorema no-go para de Sitter en teorías de cuerdas tipo II cuando se compactifican las dimensiones extra en una variedad de Calabi–Yau. El artículo de Skarke consideraba compactificaciones de flujos (debidos a las D-branas) con planos de tipo orientifold (O-planos), que va más allá del artículo de Maldacena y Nuñez.

Nos cuenta Jose que la supersimetría se lleva muy mal con la constante cosmológica positiva, por ello la teoría de cuerdas (o supercuerdas) tiene problemas para describir los espacios tipo de Sitter. Pero la teoría de cuerdas predice muchas partículas escalares, que si los vacíos de sus campos son metaestables (suficientemente planos) permitirían producir un proceso tipo inflacionario que daría lugar a un espaciotiempo tipo de Sitter; así la energía oscura tendría su origen dinámico en un campo escalar (uno de los predichos por la teoría de cuerdas) y además nos llevaría a la idea del multiverso.

Héctor comenta que todo esto está relacionado con el llamado landscape (paisaje). Y Jose nos habla de las conjeturas del pantano (swampland) de Vafa y colaboradores. Te recomiendo escuchar el podcast porque no puedo resumir todo lo que se comenta. Por cierto, la semana próxima hablaremos Gastón y yo sobre el artículo de Skarke.

Convirtiendo luz en materia (algo que permite la famosa ecuación E=mc² de Einstein). Cuando dos fotones colisionan se puede formar un par electrón-positrón, el llamado proceso de Breit–Wheeler (1934). Su observación es muy difícil y solo se había obtenido de forma indirecta, hasta ahora. El experimento STAR del RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider) en el BNL (Brookhaven National Laboratory) en New York ha observado 6085 pares electrón-positrón producidos por este proceso en colisiones Au+Au ultraperiféricas con una energía de 200  GeV c.m. Los pares electrón-positrón decaen en parejas de fotones cuyo ángulo de salida modulado por un térmico de cuarto orden, cos (4Δϕ) = (16.8±2.5) %, con una energía transversal de 38.1±0.9  MeV, que se explica con el proceso de Breit–Wheeler predicho por la QED.

Obviamente, los núcleos de oro no contienen fotones, pero en las colisiones en la que dos núcleos de oro se rozan, como son iones con carga positiva, intercambian fotones fotones virtuales (que no son fotones, por ejemplo, tienen masa). En ciertas colisiones (se han observado 6085 entre 26 millones de eventos) los dos fotones virtuales tienen una masa muy pequeña y se comportan como dos fotones, produciendo un par electrón-positrón (no virtuales), que decae en fotones observables. Por supuesto, STAR ha observado el proceso Breit-Wheeler a 6.7 sigmas, aunque en rigor se han usado fotones virtuales en lugar de fotones; pero es lo mejor que hemos podido lograr hasta ahora. Se pretende observar con fotones usando los producidos en láseres y generadores de microondas, pero todavía no se ha logrado.

El artículo es STAR Collaboration, «Measurement of e⁺e⁻ Momentum and Angular Distributions from Linearly Polarized Photon Collisions,» Phys. Rev. Lett. 127: 052302  (27 July 2021), doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.052302, arXiv:1910.12400 [nucl-ex] (28 Oct 2019).

Pasamos a Señales de los Oyentes (Jose nos tiene que dejar, así que nos quedamos Héctor y yo). Pregunta alguien en la sala del Museo por los diagramas Feynman en teoría de cuerdas… Contesto que también existen, pero que se definen usando la hoja del mundo (worldsheet) de las cuerdas (que son superficies de Riemann) en lugar de líneas conectadas por vértices. Al eliminar los vértices, estos diagramas cuerdistas eliminan el problema de la catástrofe ultravioleta que decora toda la física de partículas (por desgracia no eliminan la catástrofe infrarroja, que dificulta los cálculos en teorías como la QCD que describe quarks y gluones).

Jaime Herce Llorente​ pregunta: «sobre el principio de conservación de la energía, sobre el efecto de corrimiento al rojo en las ondas electromagnéticas y la expansión del universo. ¿La energia se conserva?» Contesta Héctor que sí, la energía se conserva. En el caso de la expansión del universo la conservación de la energía requiere considerar la energía asociada a la propia curvatura del espaciotiempo.

Cristina Hernandez García​ pregunta: «¿entonces un campo gravitatorio está hecho de gravitones virtuales?» Contesto que si existe el gravitón y si el espaciotiempo se puede entender como un medio (gas/líquido/sólido/etc.) hecho de gravitones virtuales, entonces el espaciotiempo (y por tanto el campo gravitacional asociado a su curvatura) se puede interpretar como hecho de gravitones virtuales. Pero quizás no existan (pues su existencia está asociada a la no renormalizabilidad de la gravitación cuántica más obvia).

Cebra pregunta: «Si podéis aclarar si los fotones pierden y ganan energía al salir o entrar de un pozo gravitacional, o es un efecto aparente desde el sistema de referencia desde el que se observe». Contestamos que la energía de los fotones está asociada a su frecuencia (color); por ejemplo, el desplazamiento al rojo gravitacional implica un cambio en la energía del fotón. Como pasa con el momento lineal, la energía cambia con el sistema de referencia (el cuadrivector energía-momento se conserva, pero sus componentes (el escalar energía y el vector momento lineal) pueden cambiar cuando se cambia de sistema de referencia).

Pau Candelas Estándar​ pregunta: «¿podría ampliar Francis un poco aquello de que los campos cuánticos corresponden con el vacío de la teoría de cuerdas?» Comento que las vibraciones de las cuerdas corresponden a partículas con una masa enorme, en la escala de Planck. Las partículas que observamos tienen una masa muy pequeña, que se puede aproximar como una masa nula. Los campos cuánticos que observamos corresponden a un vacío de la teoría de cuerdas; ¿cómo interpretarlos? No es muy riguroso, pero se puede imaginar que están hechos de vibraciones virtuales de cuerdas, o quizás mejor, de vibraciones de cuerdas virtuales; pero estas interpretaciones no son aceptadas por la mayoría de los teóricas de cuerdas (aunque son buenas en el contesto de la teoría de campos cuerdistas, o string field theory). En cualquier caso, el vacío de las cuerdas (sea lo que sea) tras una compactificación adecuada de las dimensiones extra da lugar a los campos cuánticos que observamos y al gravitón en las cuatro dimensiones no compactificadas, explicando el modelo estándar y la gravitación. Pero los detalles todavía no están nada claros.

¡Hasta la semana próxima!



3 Comentarios

  1. Respecto a la Teoría de cuerdas.

    ¿En algún momento, se pensaba que las partículas eran las propias cuerdas y que dependiendo de su vibración daban lugar a las diferentes partículas?

    ¿ O es una confusión que tenemos los espectadores de la Ciencia?

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