Podcast CB SyR 368: monopolos magnéticos, galaxias sin materia oscura, cultivar en el regolito lunar, radiotelescopios lunares y gatos que reconocen nombres

Por Francisco R. Villatoro, el 20 mayo, 2022. Categoría(s): Astrofísica • Ciencia • Física • Nature • Noticia CPAN • Noticias • Physics • Podcast Coffee Break: Señal y Ruido • Recomendación • Science ✎ 7

He participado en el episodio 368 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [iVooxiTunes], titulado “Ep368: Monopolos; Galaxias de van Dokkum; Luna; Gatos», 19 may 2022. «La tertulia semanal en la que repasamos las últimas noticias de la actualidad científica. En el episodio de hoy: La búsqueda de los monopolos magnéticos (min 5:00); La hipótesis del grupo de van Dokkum sobre las galaxias sin materia oscura (45:00); Cultivando el regolito lunar (1:33:00); Proyecto para un radiotelescopio autoensamblante en la cara oculta lunar (1:49:00); La capacidad de los gatos para reconocer nombres (2:05:00). 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».

Portada gentileza de Manu Pombrol (@manupombrol).

Ir a descargar el episodio 368.

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 Nacho Trujillo, y por videoconferencia Sara Robisco Cavite @SaraRC83, Héctor Vives-Arias @DarkSapiens, y Francis Villatoro @emulenews.

Tras la presentación, Héctor me pide que hable el primero (porque solo estaré la primera hora) y lo haga del último resultado de MoEDAL sobre monopolos magnéticos (publicado en la revista Nature). Las ecuaciones de Maxwell del electromagnetismo serían duales para los campos eléctricos y magnéticos si existieran los monopolos magnéticos; como no existen, todos los campos magnéticos son dipolares, son originados por cargas eléctricas en movimiento (en la física clásica). En su versión cuántica el espín de los electrones se comporta como un imán (momento magnético) y genera un campo magnético sin necesidad de movimiento (o rotación) de ninguna carga. Dirac observó que en esta versión cuántica las cargas del electrón (e) y del monopolo magnético (g) están cuantizadas, en concreto, e g = 2π n ℏ; así la carga de un monopolo debe ser un múltiplo de la carga monopolar mínima de Dirac, g = n (2π ℏ)/e.

Hoy en día se suelen buscar monopolos magnéticos de ‘t Hooft y Polyakov, que son partículas compuestas que aparecen en la rotura de la simetría de las teorías de gran unificación (GUT); son partículas compuestas (su longitud de onda de Compton es más pequeña que su tamaño) de los campos bosónicos de Higgs (asociados a la escala GUT) y los campos gauge de la teoría GUT (sea SU(5), SO(6), etc.). Estos monopolos magnéticos se espera que tengan una masa en la escala GUT, sea O(106) GeV. Hay que recordar que la masa de las partículas conocidas está en la escala electrodébil; dado que el vacío del Higgs tiene una energía de 246 GeV y la partícula más masiva conocida, el quark top, tiene una masa de unos 174 GeV (= 246/√2); de igual forma se espera que las partículas GUT (incluidos los monopolos) tengan una masa en la escala de energía de la rotura GUT.

MoEDAL (Monopole and Exotics Detector at the LHC) es un experimento localizado en el punto IP8 del LHC, donde se encuentra LHCb. En las colisiones de iones pesados, plomo-plomo, dos núcleos de plomo-208 pueden pasar muy cerca uno de otro (con un parámetro de impacto similar al doble del radio del núcleo de plomo-208); para uno de ellos el otro es una partícula cargada (208 veces la carga de un protón) acelerada (hasta velocidades superiores al 99.9 % de la velocidad de la luz en el vacío). Así entre ambas partículas se producen intensos campos magnéticos transversales a la dirección de movimiento, que alcanzan B ≈ 1016 T (teslas), aunque con una vida muy corta (su frecuencia de decaimiento es de ω ≈ 1026 Hz). Estos campos magnéticos en las colisiones Pb-Pb del LHC son los más intensos que se hayan observado en todo el universo.

MoEDAL tiene dos tipos de detectores de monopolos, los detectores de trazas NTD (nuclear track detectors) y las trampas de monopolos MMT (magnetic monopole trappers). Los detectores de trayectorias (NTD) son unos polímeros en los que el paso de un monopolo magnético dejaría una raya que se puede observar con un microscopio óptico; los resultados de estos detectores no se han usado en el análisis publicado en Nature. Las trampas MMT son unas láminas de aluminio en las que un monopolo quedaría atrapado; estas trampas se hacen pasar por detectores SQUID de campos magnéticos, que si ofrecen una señal adecuada indicarían la presencia de un monopolo atrapado. No se ha observado ningún monopolo, luego solo se han logrado límites de exclusión en cierto rango de masas y para cierta sección eficaz de colisión entre el monopolo y el aluminio del detector.

Esta figura muestra las nuevas curvas de exclusión obtenidas para monopolos magnéticos con cargas 1, 2 y 3 en el rango de masas entre 50 GeV/c² y 1.5 TeV/c²; es importante notar que la sección eficaz explorada (el eje vertical en la figura derecha) está en la escala de los microbarns (μb), porque se han estudiado 235 /μb (inversos de microbarns) de colisionses Pb-Pb a 5.02 TeV en noviembre de 2018 en el LHC Run 2. Pregunta Héctor Vives por la comparación de estos nuevos resultados con los ya obtenidos por MoEDAL en 2016 para colisiones protón-protón a 8 TeV c.m. (LCMF, 10 ago 2016) para el rango de masas entre 50 GeV/c² y 3.5 TeV/c²; en dichos resultados la sección eficaz era en la escala de femtobarns (fb), con lo que se exploraban monopolos magnéticos que fueran partículas fundamentales, en lugar de partículas compuestas como en el nuevo artículo.

El artículo es MoEDAL Collaboration (B. Acharya, …, V. Vento, O. Vives), «Search for magnetic monopoles produced via the Schwinger mechanism,» Nature 602: 63-67 (02 Feb 2022), doi: https://doi.org/10.1038/s41586-021-04298-1;  más información en Iulia Georgescu, «Searches for magnetic monopoles,» Nature Reviews Physics 4: 84 (02 Feb 2022), doi: https://doi.org/10.1038/s42254-022-00428-4; Sonia Kabana, «Search for single magnetic charges in the largest of fields,» Nature 602: 39-40 (02 Feb 2022), doi: https://doi.org/10.1038/d41586-022-00188-2; «Cerco a los ansiados monopolos magnéticos en un experimento del LHC», Agencia SINC, 07 feb 2022.

Nos comenta Nacho el último artículo de van Dokkum (de nuevo en Nature) sobre galaxias ultradifusas sin materia oscura y con cúmulos globulares brillantes y grandes (galaxias DF2 y DF4 en el grupo galáctica NGC1052). Nacho ha estudiado estas galaxias tan exóticas observando que si estuvieron algo más cerca (unos 13 Mpc) de lo que propone van Dokkum (unos 20 Mpc) serían galaxias con materia oscura y con cúmulos globulares normales (LCMF, 11 jul 2019). El grupo de van Dokkum logró tiempo en el telescopio espacial Hubble para estimar la distancia estas galaxias usando el pico de la rama de gigantes rojas y obtuvo una distancia algo mayor, unos 22 Mpc. El grupo de Nacho en el IAC considera que dicha estimación es poco confiable (pues determinar dicho pico es difícil porque estas galaxias ultradifusas tienen pocas estrellas gigantes rojas).

Nacho y su grupo han desarrollado una hipótesis que explica las observaciones de las galaxias ultradifusas DF2 y DF4, apoyados con nuevas observaciones con telescopios terrestres aún no publicadas, que ratifican su estimación de distancia de unos 13 Mpc. El nuevo artículo de van Dokkum y sus colegas en Nature, asumiendo la distancia a más de 20 Mpc, propone explicar cómo se generan estas galaxias ultradifusas sin materia oscura con cúmulos globulares grandes y brillantes. En este artículo se expone una idea basada en simulaciones previas de un grupo coreano; proponen que cuando dos galaxias pequeñas que colisionan a alta velocidad se forman nuevas estrellas en la zona de choque, pero no hay materia oscura que no colisiona y pasa de largo del punto de colisión (algo similar a lo que ocurre con el Cúmulo Bala, pero a una escala muy pequeña).

Para confirmar esta idea, van Dokkum y sus colegas analizan el campo de galaxias de NGC1052 para buscar estructuras en forma lineal que conecten las dos galaxias ultradifusas sin materia oscura (DF2 y DF4), que serían una ristra de objetos sin materia oscura (como ilustra la figura de arriba en los objetos azules) que deberían estar entre dos objetos con materia oscura (los dos remanentes en color gris en la figura). Encuentran una ristra de 11 objetos que con una significación de menos de tres sigmas correspondería a la predicción de los coreanos (según Nacho podría haber cierto sesgo de selección, cherry picking, en la sección de estos objetos, pues el catálogo estudiado muestra más objetos en dicha región).

Por desgracia, nos comenta Nacho que la propuesta de van Dokkum está repleta de problemas metodológicos. Por ejemplo, de los 11 objetos se eliminan varios objetos que podrían ser objetos de fondo, con lo que solo quedan unos 6 objetos y baja la significación estadística a menos de dos sigmas. Además, comenta Nacho que en la propuesta de los coreanos, las regiones con estrellas en forma de línea se deberían formar objetos sin materia oscura unos cien veces más compactos que los que se observan; la explicación de van Dokkum et al. es que hay un mecanismo basado en supernovas que expande estos objetos compactos con el tiempo; pero Nacho nos dice que las supernovas no pueden explicar este tipo de expansión. Así las galaxias observadas no se corresponden con las que se deberían observar según las propias simulaciones de van Dokkum (pero en su artículo pasan de soslayo sobre este problema, puro wishful thinking según Nacho).

Según van Dokkum en la colisión no solo se formarían galaxias ultradifusas sin materia oscura con unos cien millones de estrellas, sino que también se formarían objetos más pequeños, cúmulos globulares de alta luminosidad muy masivos, con millones de estrellas. Pero Nacho nos comenta que hay un problema con la metalicidad necesaria para producir estos cúmulos globulares brillantes; cuando las estrellas son de baja metalicidad las simulaciones de van Dokkum indican que se producen cúmulos globulares poco brillantes. No se ha medido la metalicidad y no es de esperar que tenga que haber una metalicidad tan alta en las galaxias observadas. Nacho destaca que la simulación de van Dokkum no produce lo que se observa, aunque se ofrece un salto de fe, que con el tiempo se producirá lo que se observa por un mecanismo más allá de la simulación. Además, Nacho destaca que también hay cúmulos globulares brillantes alrededor de una de las galaxias en el campo NGC1052, que no sería explicable con el mecanismo de van Dokkum.

En resumen, Nacho nos ofrece múltiples argumentos sobre defectos en la metodología del artículo de van Dokkum et al. que apuntan a un sesgo de confirmación. Nacho no entiende cómo un artículo con tal número de problemas se haya publicado en una revista tan prestigiosa como Nature. Sin lugar a dudas van Dokkum aprovecha el efecto Mateo (quien publica en Nature tiene más facilidad en volver a publicar en Nature) y el sesgo de autoridad (la universidad de afiliación de van Dokkum). Nacho no entiende cómo en la revisión por pares no se han ofrecido dudas al respecto (los comentarios de los revisores y la respuesta de los autores se pueden consultar en el artículo, peer review file [PDF]). Nacho cree que quizás van Dokkum logre observar este campo con el telescopio espacial James Webb, con lo que habrá un futuro artículo en Nature. El artículo es Pieter van Dokkum, Zili Shen, …, Aaron Romanowsky, «A trail of dark matter-free galaxies from a bullet dwarf collision,» Nature 605: 435-439 (18 May 2022), doi: https://doi.org/10.1038/s41586-022-04665-6, arXiv:2205.08552 [astro-ph.GA] (17 May 2022), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2205.08552.

Nos cuenta Héctor Vives que se han cultivando plantas en regolito lunar de las misiones Apollo 11, 12 y 17 (se ha publicado en la revista Communications Biology). El regolito es la «arenilla» que se encuentra en el suelo lunar y que ha recibido el impacto de meteoritos durante miles de millones de años (por ello es muy material inadecuado para el cultivo de plantas). El nuevo estudio ha usado el regolito traído a la tierra por las misiones Apollo para proteger las muestras de rocas. Para cultivar plantas se suele usar un simulante (en este estudio se ha usado el JSC1A), un material que se consideraba similar al regolito. Las plantas (Arabidopsis thalianagermina) crecen en el regolito lunar si se adiciona agua (algunas muestras de regolito son hidrófugas) y nutrientes. Se ha observado que las plantas crecen en el regolito peor que en el simulante, donde a su vez crecen mucho peor que en el sustrato terrestre que se usa para cultivar plantas. Los resultados apuntan a que el regolito más idóneo para el crecimiento de las plantas es el obtenido de muestras profundas, ya que el de la superficie es peor.

Los Héctor aprovechan para hablar de la serie The Expanse (lo siento, intenté ver los primeros capítulos de la primera temporada, pero me aburrieron). El artículo es Anna-Lisa Paul, Stephen M. Elardo, Robert Ferl, «Plants grown in Apollo lunar regolith present stress-associated transcriptomes that inform prospects for lunar exploration,» Communications Biology 5: 382 (12 May 2022), doi: https://doi.org/10.1038/s42003-022-03334-8; Bill Keeter, «Scientists Grow Plants in Lunar Soil,» News, NASA, 12 May 2022; Phil Plait, «Lunar horticulture: plants grown in lunar «soil» for the first time,» SyFy, 17 May 2022; en español recomiendo Antonio Martínez Ron, «Cultivan plantas en polvo traído de la Luna,» Next,Voz Pópuli, 12 may 2022.

Héctor Vives nos habla de la utilidad de un radiotelescopio en la cara oculta de la Luna al hilo de una propuesta publicada en arXiv. Un tema clave es el estudio del amanecer cósmico, tras la formación del fondo cósmico de microondas, el periodo de edad oscura junto antes del inicio de la formación de las primeras estrellas y galaxias. Pero hay muchas otras aplicaciones, como la interferometría de muy larga base (VLBI) con líneas de base tan largas como la distancia Tierra-Luna. Para las investigaciones cosmológicas conviene elegir un cráter a unos 20 grados norte que esté en la cara oculta de la Luna en dirección opuesta a la Tierra. Gracias a ello se evita la emisión del centro galáctico y se cubre gran parte del cielo fuera del plano galáctico. Se pretende elegir un cráter entre 3 y 5 km con ciertas propiedades orográficas. La idea es colocar un radiotelescopio de 1 km de radio que se desplegaría como un origami gracias a rovers automatizados.

Esta figura ilustra lo que nos cuenta Héctor Vives sobre el despliegue de los rovers para la construcción robótica del radiotelescopio. Sin lugar a dudas, la construcción es realmente fascinante. Pero, por supuesto, se trata de una propuesta que tendrá que ser estudiada en más detalle con objeto de evaluar su viabilidad en las próximas décadas. El artículo es Ashish Goel, Saptarshi Bandyopadhyay, …, Gregg Hallinan, «Probing the Cosmic Dark Ages with the Lunar Crater Radio Telescope,» arXiv:2205.05745 [astro-ph.CO] (11 May 2022), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2205.05745.

Nos cuenta Sara un artículo publicado en Scientific Reports sobre los gatos: parecen ser capaces de reconocer los nombres y facciones de otros gatos amigos y de los miembros humanos de su entorno. Ya se han hecho muchos estudios sobre la comprensión de los perros de los nombres de personas y objetos, y sobre su capacidad de reconocer caras humanas. Ahora se estudia lo mismo para los gatos. Sara nos cuenta que los gatos caseros logran esta capacidad de reconocimiento en determinadas circunstancias, aunque no en todas (como sugieren algunos titulares en los medios); la diferencia depende del entorno familiar en el que conviva el gato.

Los gatos que conviven con otros gatos en la misma vivienda son capaces de reconocer el nombre de otros gatos con los que conviven. Se experimentó mostrando fotos de otros gatos con los que conviven mientras se escuchaba el nombre de dicho gato pronunciado por su dueño, u otro nombre diferente; su reacción indica que reconocían el nombre correcto. Sin embargo, no logran este reconocimiento los gatos de cafés de gatos, muy típicos en Japón, donde conviven muchos gatos con personas, pero es raro que alguien pronuncie sus nombres; como no aprenden a relacionar el nombre con los gatos, son incapaces de reconocer dichos nombres.

Además, los gatos que conviven en familias con varios miembros son capaces de asociar los nombres de las personas con imágenes de ellas (es necesario que en la familia convivan muchos miembros para que sea habitual que unos pronuncien el nombre de otros y el gato pueda asociar dichos nombres con dichas personas). Así que lo que más influye en la capacidad de reconocimiento de nombres de gatos y personas es el entorno en el que vive el gato (algo que a priori es esperable). Sara nos destaca los comentarios en el artículo sobre los experimentos (como gatos que huyen del experimento), que le parecen muy graciosos. Así los gatos tienen capacidad de aprendizaje, pero lo que aprendan depende del entorno en el conviven con humanos.

Sara recomienda llamar a los gatos por su nombre, en lugar de usar diferentes palabras (gatito, minino, etc.) que le pueden confundir. El artículo es Saho Takagi, Atsuko Saito, …, Hika Kuroshima, «Cats learn the names of their friend cats in their daily lives,» Scientific Reports 12: 6155 (13 Apr 2022), doi: https://doi.org/10.1038/s41598-022-10261-5.

Y se pasa a Señales de los Oyentes (te recomiendo disfrutar del audio).



7 Comentarios

  1. Hola Francis, parece que se te quedó sin borrar parte de la introducción del post del episodio anterior 🙂

    ¡Muchas gracias por todo este trabajo para sacar los resúmenes tras cada episodio! ¡Y gracias también por la aclaración extra que añades aquí a la pregunta que te hice sobre los monopolos durante el programa!
    Que por cierto, al verlo citado aquí como «MoEDAL Collaboration (B. Acharya, …, V. Vento, O. Vives)», me doy cuenta de que esos dos últimos autores han sido profesores míos de cuántica durante la carrera XD

  2. ¡Qué alegría! Por fin encuentro a alguien al que, como a mí, aburrió la primera temporada de «The Expanse». De hecho hice el esfuerzo, pero no puede ni siquiera terminar la primera. Y mira que me fumo todo lo relacionado con el espacio y la ciencia ficción…

  3. Hola, solo quien sabe puede mentir, y no ser engañado.
    Quien no sabe únicamente puede engañar y únicamente a quien no sabe.

    Esto me recuerda cuando pongo todas las fichas del
    dominó en perfecta fila y toco una,
    únicamente esa sabe que le pasara a las demás.

    Me gusta Outlander, las dos (la serie y la película) por razones diferentes.

    Por cierto, conoces a Ignacio Crespo, me gustan sus artículos.

    Un saludo y gracias.

  4. La lástima de The Expanse es que empieza con un tema para nada interesante, incluso manido…y cuando llega al final de la primera temporada la idea buena, la idea que une todo, da sentido y a la que se le puede sacar provecho…el antropocentrismo y religiosidad innata en los guionistas de eeuu lo arruinan lamentablemente.
    Solo se salva los entramados sociales y políticos.

  5. Porque la masa del top es 246/√2? esta esto diciendo que 2*M_top^2=^2? tiene que ver con la producción del Higgs mediante el canal de fusion top? Si fuese así entonces se puede hacer algo parecido con el canal de fusion de bosones vectoriales?

    1. Dabed, la masa de un fermión está dada por la fórmula λ∙v/√2, donde v = 246.22 GeV es la energía del vacío del campo de Higgs y λ es el acoplamiento de Yukawa. No sabemos el porqué pero todos los fermiones conocidos tienen un acoplamiento de Yukawa λ ≤ 1 (no hay ninguna ley física que prohíba que λ > 1). Tampoco sabemos por qué el quark top, el fermión con mayor masa conocido, tiene un acoplamiento de Yukawa λ ≲ 1. Por ahora todo indica que se trata de una simple casualidad.

      Algunos físicos teóricos aficionados a la numerología han propuesto que debe existir una ley física (aún desconocida) que obligue a que λ ≤ 1, y que por ello el quark top debe tener un valor λ = 1 (valor que estaría corregido por sutiles efectos cuánticos a un valor λ ≲ 1). Pero para la mayoría de los físicos teóricos todo esto es simple numerología.

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