Podcast CB SyR 388: límites con neutrinos de IceCube a la gravitación cuántica, el sueño en las arañas y la economía del carbono

Por Francisco R. Villatoro, el 4 noviembre, 2022. Categoría(s): Cambio climático • Ciencia • Física • Noticias • Physics • Podcast Coffee Break: Señal y Ruido • Recomendación • Science ✎ 2

He participado en el episodio 388 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [iVooxiTunes], titulado “Ep388: IceCube y Gravitación Cuántica; Actualidad del espacio; Arañas que duermen; El precio del CO2», 03 nov 2022. «La tertulia semanal en la que repasamos las últimas noticias de la actualidad científica. En el episodio de hoy: Gravedad cuántica y neutrinos (min 5:10); Actualidad del espacio (57:30); Arañas que duermen(1:26:00); El precio del CO2(2:15:30); Señales de los oyentes (2:41:30). Todos los comentarios vertidos durante la tertulia representan únicamente la opinión de quien los hace… y a veces ni eso. CB:SyR es una actividad del Museo de la Ciencia y el Cosmos de Tenerife. Museos de Tenerife apoya el valor científico y divulgativo de CB:SyR sin asumir como propios los comentarios de los participantes».

Ir a descargar el episodio 388.

Como muestra el vídeo, hoy el programa es conducido por Alberto Aparici  @cienciabrujula, ya que Héctor Socas Navarro @HSocasNavarro (@pCoffeeBreak) está de viaje, participando José Edelstein, @JoseEdelstein, Ángel López-Sánchez @El_Lobo_Rayado, y Francis Villatoro @eMuleNews.

Alberto presenta el programa y me da paso para que hable sobre un artículo en Nature Physics de la Colaboración IceCube que no observa efectos de gravitación cuántica en la oscilación de los neutrinos. Una teoría de la gravitación cuántica que prediga que el espaciotiempo es discreto en la escala de la energía de Planck Eₚ = 1.2 × 10¹⁹ GeV; a dicha escala se observaran violaciones de la invariancia Lorentz, que implicarán correcciones a la relación entre la energía y el momento lineal (producto de la masa por la velocidad); estas correcciones dependerán del cociente entre la energía y la energía de Planck, siendo lineales E/Eₚ, cuadráticas (E/Eₚ)², cúbicas (E/Eₚ)³, etc. Para fotones (o neutrinos) de alta energía producidos por una fuente lejana (a muchos miles de millones de años luz de distancia) estos efectos conducen a que su momento de llegada a la Tierra depende de su energía; con este método se pueden estudiar efectos lineales, pero no se pueden estudiar los efectos cuadráticos. Pero gracias a la oscilación de los neutrinos se pueden estudiar los efectos cuadráticos gracias a la llamada interferometría de neutrinos.

La composición de los neutrinos de tres sabores (electrónico, muónico y tauónico) en la fuente lejana no coincide con la observada en la Tierra, porque los neutrinos oscilan (cambian de sabor mientras se propagan). Por fortuna, si tenemos un modelo físico de la fuente podemos saber cuántos neutrinos emitirá de cada tipo y predecir cuál es la composición que esperamos observar en la Tierra (teniendo en cuenta el efecto de la oscilación de sabor durante su trayectoria). En el triángulo de sabor (con cada neutrino en un vértice), la composición de la fuente y la composición en la Tierra corresponden a puntos que se encuentran en una pequeña región (en esta figura coloreada en color rosado); pero si hay efectos de nueva física que violan la simetría Lorentz se modifica la forma de esta región dentro del triángulo. Hoy en día ignoramos cuál es la teoría correcta de la gravitación cuántica, pero podemos describir todos los términos que violan la simetría Lorentz en una teoría efectiva originados por ella, que se observarían a baja energía como operadores de diferente orden con ciertos coeficientes (algunos de los cuales podrían ser nulos); sistemáticamente podemos calcular todos estos operadores potenciales y con ello describir su efecto sobre la composición de los neutrinos  en el triángulo de sabor. El resultado será una curva (en diferentes colores en esta figura) para cada término; estas curvas salen fuera de la región permitida por las teorías que no violan la simetría Lorentz.

IceCube ha aplicado esta técnica de interferometría de neutrinos para analizar 60 neutrinos de alta energía, por encima de 60 TeV, observados durante 7.5 años entre 2010 y 2018; se observaron como cascadas (41), trayectorias (17) y cascadas dobles (2) que permiten determinar la región del cielo donde se originan. Usando un método de Montecarlo se puede determinar el número esperado de neutrinos en cada uno de estos tres tipos (la región rosada del triángulo de sabor). Situando los neutrinos observados en el triángulo de sabor podemos descartar (excluir) la existencia de términos que violen la simetría de Lorentz. El resultado para operadores de orden seis es el diagrama de exclusión de esta figura (en el artículo hay diagramas similares para operadores de orden tres, cuatro, cinco, siete y ocho) hasta observar efectos cuadráticos (recuerda que Eₚ² = 1.5 × 10³⁸ GeV). Como muestra esta figura para ciertos coeficientes se excluyen efectos por encima de 10⁻⁴² GeV⁻², lo que impone una restricción fuerte a quienes desarrollan teorías de gravitación cuántica.

El artículo The IceCube Collaboration, «Search for quantum gravity using astrophysical neutrino flavour with IceCube,» Nature Physics (24 Oct 2022), doi: https://doi.org/10.1038/s41567-022-01762-1, arXiv:2111.04654 [hep-ex] (08 Nov 2021); más información divulgativa es Giulia Gubitosi, «Lorentz invariance beyond the Planck scale,» Nature Physics (24 Oct 2022), doi: https://doi.org/10.1038/s41567-022-01806-6; Alisa King-Klemperer, «IceCube probes for quantum gravity using astrophysical neutrino flavors,» News, IceCube, 24 Oct 2022; Eduardo Martínez de la Fe, «La explicación cuántica de la gravedad, cada vez más acotada por la ciencia,» Levante, 24 Oct 2022.

Alberto pasa a las noticias breves sobre el espacio. Por un lado, que el Falcon Heavy de SpaceX vuela de nuevo (despegó el 1 de noviembre de 2022 para la misión militar USSF-44 con varios satélites geoestacionarios); se trata del cuarto lanzamiento del cohete más potente del mundo. Este fue el lanzamiento número 50 de SpaceX en 2022, todo un récord, con un número de lanzamientos total de 151 en los últimos años, otro récord. Más información en Daniel Marín, «El retorno del Falcon Heavy: 50 misiones de SpaceX en 2022,» Eureka, 02 nov 2022; Josh Dinner, «SpaceX’s Falcon Heavy, world’s most powerful rocket, launches US military satellites in 1st flight in 3 years,» Space.com, 01 Nov 2022.

También nos comenta Alberto que se ha completado la primera fase de la Tiangong (la estación espacial china). Se ha logrado tras la incorporación del módulo experimental Mengtian al módulo central Tianhe, donde ya estaba el módulo experimental Wentian. Más información en Daniel Marín, «Lanzado el módulo Mengtian: finaliza la primera fase de construcción de la Estación Espacial China», Eureka, 01 nov 2022.

Nos cuenta Alberto un artículo aparecido en PNAS con indicios de “un estado de sueño similar al sueño REM” en arañas (ya prometió hablar de este artículo en un episodio anterior del podcast). Se sabe que muchos animales duermen, pero no se sabe si sueñan; un primer indicio puede ser la observación de las fases REM y no REM, pero muchos animales tienen ojos fijos (que como no son móviles no se pueden mover en la fase REM). Las arañas saltadoras tienen ojos fijos, pero sus tubos retinales son móviles para poder redirigir su mirada; además, en las arañas recién nacidas, estos movimientos se pueden observar directamente a través de su exoesqueleto que es translúcido. En el artículo se observan estos movimientos en ciertas fases del sueño, además de espasmos en las extremidades y movimientos de las patas estereotipados; todo ello se interpreta como indicio de la existencia del sueño REM en artrópodos.

Como comenta Alberto no es posible afirmar con seguridad que estas arañas sueñan (en el sentido en el que los humanos soñamos mientras dormimos). Aún así se ha dado un paso importante en los intentos de desvelar esta cuestión. El artículo es Daniela C. Rößler, Kris Kim, …, Paul S. Shamble, «Regularly occurring bouts of retinal movements suggest an REM sleep–like state in jumping spiders,» PNAS 119: e2204754119 (08 Aug 2022), doi: https://doi.org/10.1073/pnas.2204754119;

Nos comenta Alberto que se ha publicado en Nature un artículo sobre las implicaciones económicas del cambio climático: cada tonelada de CO2 que emitimos a la atmósfera nos costará unos 200 dólares de 2020 (la mediana es de 185 dólares y el intervalo a dos sigmas está entre 44 y 413 dólares). En un estudio previo se había estimado que era de 51 dólares, lo que supone un incremento en un factor cercano a cuatro. El artículo es Kevin Rennert, Frank Errickson, …, David Anthoff, «Comprehensive evidence implies a higher social cost of CO2,» Nature 610: 687-692 (01 Sep 2022), doi: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05224-9.

Y pasamos a Señales de los Oyentes. Cuan Tin​ pregunta: «Una de las condiciones iniciales de la ecuaciones de Friedmann es expansión, entonces como es que se puede obtener expansión o contracción, de hacer las ecuaciones expansivas?» Contestamos Alberto, Jose y yo.

¡Qué disfrutes del podcast!



2 Comentarios

  1. Madre mía, como avanza la ciencia. Si no he entendido mal el artículo, ya es posible llegar a medir efectos cuánticos debidos a la gravedad. Vivir para ver!

    1. Alberto, no, todavía no podemos medir los efectos de ninguna teoría cuántica de la gravitación, entre otras cosas, porque no sabemos calcular qué predicen los candidatos actuales. Lo que se hace aquí es una búsqueda genérica usando modelos efectivos, cuyos resultados tienen poco impacto práctico entre los teóricos y cuyas conclusiones pueden ser ilusorias.

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