Podcast CB SyR 417: supernova SN2023ixf, alones (anyons) no abelianos, más sobre fusión aneutrónico y sobre el futuro de los postdocs

Por Francisco R. Villatoro, el 26 mayo, 2023. Categoría(s): Astronomía • Ciencia • Física • Noticias • Physics • Podcast Coffee Break: Señal y Ruido • Recomendación • Relatividad • Science ✎ 5

He participado en el episodio 417 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [Acast AAcast BiVoox AiVoox BiTunes A y iTunes B], titulado “Ep417: Supernova; Computación Cuántica y Alones; Fusión; Postdocs», 25 may 2023. «La tertulia semanal en la que repasamos las últimas noticias de la actualidad científica. En el episodio de hoy: Cara A: El orgullo friki (min 3:00); La supernova SN2023ixf (17:00). Cara B: Alones (anyons) y computación cuántica (min 1:00); ¿Es aneutrónica la fusión nuclear que propone Helion? (47:40); Reflexiones sobre la carrera investigadora (1:02:00); Otras preguntas de los oyentes (1:47:40). Todos los comentarios vertidos durante la tertulia representan únicamente la opinión de quien los hace… y a veces ni eso».

Descargar el episodio 417 A en Acast.

Descargar el episodio 417 B en Acast.

Como muestra el vídeo participamos por videoconferencia Héctor Socas Navarro @HSocasNavarro (@pCoffeeBreak), Gastón Giribet @GastonGiribet, y Francis Villatoro @eMuleNews

Tras la presentación, Héctor recuerda que hoy es el día del Orgullo Friki. Y divagamos sobre la cuestión de ser o no ser friki, sobre las tribus urbanas y sobre su relación con el acoso escolar a los frikis empollones. Héctor anuncia que nuestro podcast estará en la Feria del Libro de Madrid el próximo jueves 8 de junio (la feria es del 26 de mayo al 11 de junio). La «grabación del podcast ‘Coffee Break: Señal y Ruido’, la tertulia semanal sobre la actualidad científica», FLM, 08 jun 2023, será entre las 16:00 y las 18:30 en el Pabellón CaixaBank, con acceso libre. Participaremos Héctor Socas, Alberto Aparici, María Ribes y Francisco Villatoro; el evento ha sido organizado por Producciones Paralajes para la FLM (https://ferialibromadrid.com/).

Se ha observado una nueva supernova de tipo II, llamada SN 2023ixf, en la galaxia M101 (galaxia del molinete/molinillo), situada a unos 21 millones de años luz. Descubierta por el astrónomo japonés buscador de supernovas Koichi Itagaki el viernes 19 de mayo de 2023 (Itagaki ha descubierta 172 supernovas) y confirmada por el telescopio Zwicky Transient Facility (ZTF) en California. Se trata de la supernova más cercana del último lustro, la segunda más cercana de la última década (la más cercana es SN 2014J en la galaxia M82 (galaxia del cigarro) en 2014, que está a 12 millones de años luz) y la segunda observada en M101 en los últimos quince años (la otra fue SN 2011fe). SN 2023ixf será visible usando telescopios ópticos durante meses, así que animo a todos los aficionados a la Astronomía a observarla. Recomiendo leer a Jamie Carter, «A Very Bright Supernova Just Appeared Near The Big Dipper,» Forbes, 22 May 2023; «Supernova Discovered in Nearby Spiral Galaxy M101,» News, NASA, 22 May 2023.

Gastón nos explica muy bien los diferentes tipos de supernovas y cuál es la física de su origen. Yo comento que ya se ha identificado la (candidata a) estrella progenitora en las imágenes del telescopio espacial Hubble de M101. La estrella es una supergigante roja con unas ~12 M⊙ (masas solares), una magnitud aparente en el filtro F814W = 24.41 ± 0.06 mag, que corresponde a una magnitud absoluta de MF 814W = –5.42 mag; en el filtro F555W = 26.6 mag, lo que implica que tiene una vida de unos ∼30 Myr (millones de años). El artículo con este nuevo resultado es Joanne L. Pledger, Michael M. Shara, «Possible detection of the progenitor of the Type II supernova SN2023ixf,» arXiv:2305.14447 [astro-ph.SR] (23 May 2023), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2305.14447.

Me toca hablar de alones (anyons) no abelianos simulados en ordenadores cuánticos. La computación cuántica topológica será robusta y tolerante a fallos. Una propuesta es usar cúbits basados en el trenzado (braiding) de alones (anyons) no abelianos. En español a veces se traduce anyons por el anglicismo «anyones»; no me gusta este anglicismo. En la revista Investigación y Ciencia se propuso usar el término alones (Frank Wilczek, «Alones», Investigación y Ciencia 178: 14-22 (1991); ya no funciona la web de IyC por decisión de su comprador, Springer). Gracias a Martín Monteiro @fisicamartin he podido acceder al PDF del artículo, copio: «Nota del Editor. Introducimos el neologismo «alones» en sustitución del barbarismo inglés «anyones», ampliamente extendido. El término, creado tras la acostumbrada consulta a expertos en historia de la ciencia, filología clásica y mecánica cuántica, el traductor entre ellos, se ha construido a partir del griego ἄλλος (otro, distinto) y ὄν (el ser). La nueva palabra guarda simetría de significado con otras de idéntico origen: alotropía (existencia de un elemento en dos o más formas diferentes), alomorfismo, etcétera.»

Los alones son hipotéticas partículas propuestas en 1982 por Frank Wilczek (Premio Nobel de Física 2004). No existen partículas alónicas en la Naturaleza; tampoco se han observado cuasipartículas alónicas en sistemas físicos de materia condensada. Se han publicado dos artículos que simulan el trenzado de alones no abelianos usando ordenadores cuánticos con cúbits superconductores (Google Quantum AI) y con iones atrapados (Quantinuum). Google Quantum AI ha usado 25 cúbits de su ordenador Bristlecone de 72 cúbits de tipo transmón superconductor; Quantinuum ha usado 27 cúbits de su procesador cuántico H2 de 32 cúbits de iones atrapados. En ambos casos los resultados son similares y sus autores afirman que se ha observado una fase topológica cuántica con trenzado de alones no abelianos; además, los han usado para simular cúbits lógicos que han entrelazado. Mi opinión como físico computacional es que solo han realizado sendas simulaciones analógicas de dicho sistema físico; simular el trenzado de dos alones en tu ordenador (clásico) es trivial; hacerlo en un ordenador cuántico es mucho más complicado (porque los alones tienen cierta memoria de sus interacciones pasadas). Sin embargo, no se han observado cuasipartículas de tipo alón no abeliano. Tampoco se han observado cúbits robustos que nos acerquen a la computación cuántica topológica.

En el intercambio de dos partículas, la función de onda común no cambia para los bosones, cambia de signo para los fermiones y se multiplica por una fase arbitraria, sea exp(i α) con α ∈ (0, π), para los alones. Los alones solo pueden existir en un sistema físico de dos dimensiones; todos los llamados materiales bidimensionales tienen un grosor (como mínimo atómico), luego no permiten la propagación de alones (salvo de forma efectiva). En el año 2020 se publicaron dos artículos (Science y Nature Physics) que observaron señales de la existencia de alones abelianos (con α = π/3) en un material tipo Hall cuántico fraccionario. Para la computación cuántica topológica se requiere un sistema físico que presente alones no abelianos (pero todavía no se conoce ninguno) y que además se puedan controlar y entrelazar. En los dos nuevos artículos se han simulado alones no abelianos controlables, cuyos estados se han trenzado, y entrelazables (se ha logrado entrelazar cúbits lógicos simulados con cúbits reales entrelazados). Como suele ser habitual entre los físicos que hacen «experimentos computacionales» usando ordenadores cuánticos, los autores de estos artículos afirman que no hay diferencia entre su trabajo y un experimento de laboratorio con un material topológico discreto en el que se observen estados de tipo alón no abeliano; más aún, su «experimento computacional» tiene la ventaja adicional de que sus cúbits simulados son controlables y entrelazables. Sin embargo, como los cúbits (reales) de sus ordenadores no son robustos, sus estados alónicos de tipo cúbit lógico tampoco lo son (cuando si se implementaran en un material usando cuasipartículas de tipo alón se exigiría que fueran robustos).

En ambos artículos los autores auguran que, gracias a las técnicas cuánticas de corrección de errores, algún día se lograrán estados alónicos simulados que permitan una computación cuántica topológica. En mi opinión, si dichas técnicas de corrección de errores permiten cúbits robustos, no tiene sentido rizar el rizo y usarlos para simular cúbits de tipo alón que no podrán ser más robustos. Quizás solo sea una cuestión de filosofía de la ciencia, pero creo que hay una gran diferencia entre un experimento en un sistema físico no controlable y un experimento simulado en un ordenador cuántico en el que podemos controlar todos los detalles. Como físico computacional, no estoy de acuerdo en que se hayan observado estados de tipo alón no abeliano en un ordenador cuántico que se comporta como un material topológico discreto; mi opinión es compartida por uno de los revisores anónimos del artículo de Nature, que solicitó que el artículo fuera rechazado si dichas afirmaciones no se eliminaban del artículo (pero el editor lo aceptó con dichas afirmaciones con el apoyo de otro de los revisores). Los dos artículos son Google Quantum AI and Collaborators, «Non-Abelian braiding of graph vertices in a superconducting processor,» Nature (11 May 2023), doi: https://doi.org/10.1038/s41586-023-05954-4, arXiv:2210.10255 [quant-ph] (19 Oct 2022) [informe de los revisores en PDF]; y Mohsin Iqbal, Nathanan Tantivasadakarn, …, Henrik Dreyer, «Creation of Non-Abelian Topological Order and Anyons on a Trapped-Ion Processor,» arXiv:2305.03766 [quant-ph] (05 May 2023), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2305.03766. Más información divulgativa en Merrill Sherman, «Physicists Create Elusive Particles That Remember Their Pasts,» Quanta Magazine, 09 May 2023; recomiendo también el más crítico Douglas Natelson, «Anyons, simulation, and «real» systems,» Nanoscale Views, 14 May 2023; Douglas Natelson, «What are anyons?» Nanoscale Views, 12 Apr 2020. Por cierto, el nuevo trabajo del Google Quantum AI Lab en Santa Barbara es la continuación de un trabajo previo en el que se simularon alones abelianos (K. J. Satzinger, Y.-J. Liu, …, P. Roushan, «Realizing topologically ordered states on a quantum processor,» Science 374: 1237-1241 (2 Dec 2021), doi: https://doi.org/10.1126/science.abi8378, arXiv:2104.01180 [quant-ph] (2 Apr 2021), del que no me hice eco en este blog; desde un punto de vista conceptual, no hay diferencia entre simular alones no abelianos y alones abelianos, salvo por su mayor coste computacional.

El origen de los alones es el artículo de Frank Wilczek, «Quantum Mechanics of Fractional-Spin Particles,» Physical Review Letters. 49: 957-959 (04 Oct 1982), doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.49.957; este físico obtendría un segundo premio Nobel si se observaran los alones no abelianos en algún material. De hecho, en teoría, observar alones es muy fácil, basta excitar una cuasipartícula en un material plano en presencia de un campo magnético transversal. Pero, en la práctica, observar alones raya lo imposible, pues no existen los materiales planos; todo material en la Naturaleza tiene un grosor finito (como mínimo el diámetro de un átomo). Los llamados «materiales bidimensionales», en rigor, no son materiales bidimensionales. A pesar de ello se han publicado artículos que proclaman la «Observación directa de alones abelianos en un estado Hall cuántico fraccionario con ν=1/3», LCMF, 30 jun 2020; en concreto, se afirma la observación de una fase exp(i π/3) usando el efecto Hall cuántico fraccionario con llenado de 1/3 en los artículos de H. Bartolomei, M. Kumar, …, G. Fève, «Fractional statistics in anyon collisions,» Science 368: 173-177 (10 Apr 2020), doi: https://doi.org/10.1126/science.aaz5601arXiv:2006.13157 [cond-mat.mes-hall] (23 Jun 2020), y J. Nakamura, S. Liang, …, M. J. Manfra, «Direct observation of anyonic braiding statistics,» Nature Physics 16: 931-936 (03 Sep 2020), doi: https://doi.org/10.1038/s41567-020-1019-1, arXiv:2006.14115 [cond-mat.mes-hall] (25 Jun 2020). Se han realizado observaciones similares para llenado 2/3 y 2/5, sin embargo, aún existen dudas sobre si estas observaciones se pueden explicar con algún mecanismo alternativo que no involucre alones. La observación inequívoca y consensuada de los alones aún no se ha logrado.

Me toca aclarar lo que conté en el episodio anterior (pues parece que no quedó claro para algunas oyentes). Dije que la propuesta de Helion Energy es la reacción aneutrónica D+He-3 => He-4 + p a una temperatura de 510 MK. ¿De dónde sale el He-3, que es muy caro? Dije que la propuesta de Helion es producirlo con la reacción D+D => He-3 + n (que produce un neutrón) a una temperatura de 510 MK. ¿Qué pasa con este neutrón? Ya dije que Helion dice que es irrelevante (gracia a su diseño patentado). Pero además, a 512 MK también se produce la reacción aneutrónica D+D => T + p, que ya dije que Helion dice que también es irrelevante (gracias a la a su diseño patentado). Esto implicará que haya reacciones D+T => He-4 + n. ¿Qué pasa con este neutrón? Ya dije que Helion dice que es irrelevante (gracias a su diseño patentado). Por tanto, la propuesta de Helion es aneutrónica gracias a su diseño patentado. Por desgracia, para cualquier físico que sepa un poquito de física nuclear no será una reacción aneutrónica y además, involucrará neutrones picados a dos energías que producirán muchos más daños en los materiales que las reacciones D+T a 150 MK en tokamaks como ITER.

Héctor y Gastón nos hablan de la importancia de la aptitud científica en los debates sobre cualquier tema, incluso temas políticos; lo hacen al hilo de nuestros comentarios sobre los doctorandos y postdoctorados en el episodio anterior. Cristóbal Martí pregunta «muy interesante el principio improvisado del episodio, sobre el acceso a la universidad. Tengo un hijo y me pregunta ¿es pronto para preocuparme por su futuro laboral?» Héctor dice que no se atreve a aconsejar; hay muchos factores que influyen, entre ellos la suerte. Gastón destaca que depende mucho del momento (él dice el tiempo); en ciertos momentos es más fácil progresar en la carrera investigadora, pero en otros hay muchas trabas. Predecir el futuro es imposible. Héctor y Gastón cuenta su historia vocacional y sus primeros pasos hacia la investigación. Damos algunos consejos …

Y pasamos a Señales de los Oyentes. Cristina Hernandez García​ pregunta: «El responder a magufadas sobre todo a argumentos tendeciosamente elaborados ¿puede ayudar a alguien a organizar una exposición, qué resaltar o cómo mejorar lo que se contraargumente?» Héctor pone el ejemplo del terraplanismo y afirma que un argumento sencillo, como que la Luna se ve al  revés en ambos hemisferios, es un argumento directo y convincente. Sin embargo, comenta que en muchos casos, como el negacionamio sobre la llegada del hombre a la Luna, requieren una argumentación más costosa. Yo recurro, sin citarlo, al principio de la asimetría de la estupidez (la famosa ley de Brandolini) para opinar que en mi opinión la respuestas a las magufadas no ayudan en nada al divulgador, más bien todo lo contrario. La propia Cristina en el chat de YouTube cita dicha ley.

Alfredo Tostón pregunta: «¿Cómo salen los campos eléctrico y magnético de un agujero negro?» Contesta Gastón que no salen del interior, sino de su horizonte de sucesos. Pone el ejemplo clásico del proceso de carga de un agujero negro de Schwarzschild gracias al impacto de un protón. Las líneas de campo eléctrico emergen radiales desde el protón; pero cuando se va acercando al horizonte del agujero negro estas líneas de campo se curvan rodeando el horizonte, acercándose a lo que sería que el agujero negro fuera la fuente de dichas líneas de campo. Cuando el protón cruza el horizonte, el agujero negro se carga (pasa a ser de Reissner-Nordström) y además incrementa su masa con la masa del protón. A partir de ese momento las líneas de campo eléctrico emergen de la superficie del horizonte y desde lejos aparentan tener su origen en un objeto cargado puntual localizado donde se encuentra el agujero negro. Las líneas de campo producidas por el protón dentro del horizonte todas ellas se dirigen hacia la singularidad y ninguna puede observarse fuera del horizonte. En todo el proceso la carga y la energía (masa) se conservan. Más información para los interesados en el libro K. S. Thorne, R. H. Price, D. A. MacDonald, «Black Holes: The Membrane Paradigm,» Yale University Press (1986).

Y esto es todo. ¡Qué disfrutes del podcast!



5 Comentarios

  1. Francis por favor, ¿puedes compartir el enlace del que has obtenido las 3 fotos con filtros y los datos de magnitudes, masa y vida del precursor de la SN 2023ixf?
    Gracias por divulgar Ciencia y tecnología y ánimos para continuar.

  2. Muchas gracias, como siempre, por la información y las explicaciones!!!
    Soy seguidor de tu trabajo de divulgación desde hace años, y me parece realmente extraordinario!

    Respecto a la supernova, me gustaría enfatizar que es una oportunidad espectacular para todos los astrónomos aficionados, ya que se ha dado una combinación muy afortunada de circunstancias: la galaxia en la que ha ocurrido, M 101, es una de las galaxias más vistosas de todo el cielo. Además, se encuentra en esta época en una posición perfecta para su observación desde España, ya que es visible toda la noche, y pasa cerca del cénit alrededor de las doce de la noche, lo que además resulta una hora bastante cómoda.

    Adjunto un enlace a una foto que tomé anoche desde mi observatorio R2D2, en Vélez Málaga:
    https://www.facebook.com/juanignacio.fernandezmorales/posts/pfbid022zUxSrNQ6dU8vazawWDCma88hfVwey9muMTrhDq25ejfqkR9MnMRa6qiFTz6PD39l

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