Te recomiendo disfrutar del episodio 501 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [iVoox A, iVoox B; ApplePod A, ApplePod B], titulado “Asteroide; Computación Cuántica; Agujero Negro; Nubes Interestelares”, 27 feb 2025. «La tertulia semanal en la que repasamos las últimas noticias de la actualidad científica. Cara A: Actualización sobre 2024 YR4 (6:00). El anuncio de Microsoft sobre computación cuántica (00:00). Cara B: El anuncio de Microsoft sobre computación cuántica (parte 2) (00:09). El colosal (ultramasivo) agujero negro de la Herradura Cósmica (44:09). Paso de la Luna por una nube interestelar (01:04:00). Señales de los oyentes (01:38:40). Imagen de portada realizada por Héctor Socas. Todos los comentarios vertidos durante la tertulia representan únicamente la opinión de quien los hace… y a veces ni eso».

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Descargar el episodio 501 cara A en iVoox.

Descargar el episodio 501 cara B en iVoox.

Como muestra el vídeo participan por videoconferencia Héctor Socas Navarro @HSocasNavarro /@hectorsocas.bsky.social / @HSocasNavarro@bird (@pCoffeeBreak / @pCoffeeBreak.bsky),  José Edelstein @JoseEdelstein (solo cara A), Gastón Giribet @GastonGiribet (solo cara B), y Francis Villatoro @eMuleNews / @eMuleNews.bsky / @eMuleNews@mathstodon. Por cierto, agradezco a Manu Pombrol @ManuPombrol el diseño de mi fondo para Zoom; muchas gracias, Manu.

Tras la presentación, Héctor nos actualiza la situación actual del supuesto impacto del asteroide 2024 YR4. Las últimas estimaciones indican que el impacto está descartado, en la escala de Torino ya tiene un valor de 0 (cero). La probabilidad está bajando y ahora mismo es de 2.2 × 10⁻⁵ = 0.002 % (Sentry: Earth Impact Monitoring). Más información en Molly L Wasser, «Latest Calculations Conclude Asteroid 2024 YR4 Now Poses No Significant Threat to Earth in 2032 and Beyond,» News, NASA, 24 Feb 2025. Héctor recomiendo el episodio de Pársec Podcast «Es hora de ponerse a rezar. ¿Por el asteroide? No, por los empleados de Boeing,» Cuonda, 15 Feb 2025 (el vídeo de YouTube corresponde a la grabación de este podcast).

José Edelstein nos recuerda el evento 100 años de Einstein en Argentina, que durará 28 días (lo mismo que duró la visita del genio). Tras la presentación de Héctor, José nos habla de las actividades por el centenario de la visita de Einstein a Argentina en 1925 (desde el 24 de marzo hasta el 23 de abril). Entre las actividades que se celebrarán en Argentina nos anuncia la charla el viernes, 4 de abril en el teatro Opera de Buenos Aires a las 20:00 horas, con intervenciones de Juan M. Maldacena, Javier Santaolalla, Lucy Hawking, Yagel Yehiely Einstein y José Edelstein. Gastón nos comenta que intervendrá en una charla a tres sobre el Universo de Einstein el sábado 5 de abril, junto a Juan Martín y José. En Semana Santa dará una charla Andrés Gomberoff, el día del fallecimiento de Einstein, el 18 de abril.

Me toca comentar el anuncio de Microsoft sobre computación cuántica topológica. El 19 de febrero de 2025 el equipo liderado por Chetan Nayak de Microsoft Azure Quantum publicó un artículo en Nature (enviado el 05 de marzo de 2024) y anunció un ordenador cuántico llamado Majorana 1 (en la foto). El artículo presenta una técnica de metrología para medir ciertos estados cuánticos en un nanohilo (que forma parte de un tetrón lineal); no se presentan pruebas de la observación de ningún modo cero de Majorana (MZM) en dicho nanohilo (ni de que el tetrón lineal se comporte como un cúbit). Sin embargo, el anuncio afirma que Majorana 1 es un ordenador cuántico topológico basado en modos cero de Majorana con 8 cúbits de tipo tetrón en H (lo que implica el uso de 32 MZM). No se ha observado ningún MZM, pero se afirma sin pruebas que Majorana 1 usa 32 MZM.

Como es obvio, nadie se cree el anuncio de Microsoft (que recuerda a la fábula de Esopo del pastor mentiroso y el lobo); máxime tras la retirada (retracción) de su artículo en Nature de 2018 que afirmaba la primera observación de un MZM (https://doi.org/10.1038/nature26142). Nayak presentará Majorana 1 el próximo 18 de marzo en APS March Meeting (Session MAR-F14). Todo el mundo teme que no presentará ninguna prueba de computación cuántica topológica. Espero equivocarme, pero todo apunta a que Majorana 1 será un ordenador cuántico no topológico basado en estados de Andreev (los que Microsoft observó en su artículo en Nature de 2018). Sin protección topológica, no hay ninguna ventaja en la tecnología de cúbits superconductores de Microsoft de tipo tetrón respecto a la de tipo transmón de Google y otros.

Un modelo teórico de Kitaev (2001) predijo la existencia de dos modos cero de Majorana en los sendos extremos de un nanohilo superconductor de tipo p (cuyos pares de Cooper tienen espín uno, con estados |↑↑〉 con espín +1, |↑↓〉  con espín 0, y |↓↓〉 con espín −1); el Sr₂RuO₄ es el único material candidato a superconductor topológico de tipo p, pero no se sabe fabricar nanohilos de dicho material. Por fortuna, Fu y Kane en 2008 propusieron simular un superconductor de tipo p usando un hilo cuántico de un material aislante topológico sobre un superconductor de tipo s. En 2010, Sau, Lutchyn, Tewari y Das Sarma propusieron usar un hilo cuántico de un material semiconductor de tipo Rashba sobre un superconductor de tipo s (nanohilos de arseniuro de indio, InAs, o de antimoniuro de indio, InSb, sobre o bajo metales superconductores como el aluminio).

Así nació el interés de Microsoft (que contrató a Das Sarma) por los ordenadores cuánticos topológicos basados en MZMs. Por desgracia, en los extremos de los nanohilos se observan modos de Andreev de energía finita (que no son topológicos), en lugar de modos cero de Majorana de energía cero (que son topológicos). A priori es imposible observar estados de energía cero, solo se pueden observar estados de energía muy pequeña. Sin embargo, se asume que debe existir una transición de fase entre los estados de Andreev de pequeña energía y los MZMs. Observar estos últimos sería la prueba de la existencia de dicha hipotética transición de fase.

La evidencia definitiva para la observación de modos cero de Majorana es la demostración de su comportamiento topológico; por ejemplo, mediante el trenzado (braiding) de MZMs, ya que con los modos de Andreev, que no son topológicos, es imposible lograrlo. Microsoft no lo ha demostrado, ni hay indicios de que vaya a poder demostrarlo con sus tetrones. Lo único que se ha publicado en Nature es un nuevo método de metrología de los nanohilos acoplados a puntos cuánticos (con un nanohilo largo se simula un nanohilo corto entre dos puntos cuánticos, que en teoría debería tener dos MZMs en sus extremos efectivos). En realidad no es muy novedoso, pero se requiere un ajuste muy fino del método al nanohilo y el equipo de Nayak lo ha logrado, todo un alarde técnico que bien se podría haber publicado en Physical Review B.

En concreto, se mide la capacitancia cuánica del nanohilo en la escala de los femtofaradios (hasta 1 fF), lo que permite medir su flujo cuántico en unidades de h/2e. Los potenciales MZMs en los extremos del noahilo tienen sus espines alineados; aplicando un intenso campo magnético (2 teslas) se puede lograr que ambos conmuten de |↑↓〉 a |↓↑〉de forma simultánea. En el artículo se demuestra que ambos espines conmutan al unísono en escalas de tiempo tan cortas como 3.6 μs (lo dicho, un gran alarde técnico). Como muestra la figura, la transición es muy rápida, como sería de esperar si fuesen MZMs. Pero con estados de Andreev de baja energía se puede obtener un resultado similar.

En resumen, el (único) resultado experimental del artículo de Nature (figura 3) no puede usarse como prueba de la observación de MZMs. Aunque en la versión original del artículo así se afirmaba (y no solo eso, sino también que su tetrón lineal se comportaba como un cúbit topológico, aunque sin pruebas). De los cuatro revisores de la primera versión del artículo (https://arxiv.org/abs/2401.09549v1), uno lo rechazó y tres lo aceptaron con cambios, eliminar todas las afirmaciones falsas del artículo (incluida toda la sección sobre el cúbit topológico de tipo tetrón). La versión revisada del artículo fue rechazada por dos revisores, aunque los otros dos lo aceptaron. La editora de Nature aceptó el artículo porque los dos revisores a favor afirmaron no estar convencidos de los argumentos de los otros dos. Sin lugar a dudas, que el artículo sea de Microsoft es la razón de la aceptación (pues su contenido científico es un pequeño avance respecto a otros artículos en revistas mucho menos prestigiosas).

El artículo es Microsoft Azure Quantum, «Interferometric single-shot parity measurement in InAs–Al hybrid devices,» Nature 638: 651-655 (19 Feb 2025), doi: https://doi.org/10.1038/s41586-024-08445-2. En arXiv se ha publicado un artículo con la hoja de ruta de Microsoft, «Roadmap to fault tolerant quantum computation using topological qubit arrays,» arXiv:2502.12252 [quant-ph] (17 Feb 2025), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2502.1225. Más autopromoción divulgativa de Microsoft en Catherine Bolgar, «Microsoft’s Majorana 1 chip carves new path for quantum computing,» Microsoft, 19 Feb 2025.

Nos cuenta Gastón que se ha observado un candidato a agujero negro supermasivo colosal, con 36 mil millones de masas solares en el centro de una galaxia cerca de la galaxia de la Herradura Cósmica. Sería el más masivo de los agujeros negros ultramasivos con masa bien determinada. Para ello se ha usado la relación lineal entre la masa del agujero negro supermasivo y la velocidad estelar central de su galaxia. Esta relación se ha obtenido para galaxias cercanas (z < 0.1) en las que se puede estudiar la dinámica estelar. En el nuevo artículo se estudia una galaxia cercana (z = 0.44) que actúa como lente gravitacional en el centro de la llamada Herradura Cósmica (Cosmic Horseshoe). En esta galaxia también se puede estudiar la dinámica estelar usando espectroscopia de campo integral con MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer, en el telescopio VLT, Very Large Telescope, de ESO, European Sourthern Observatory, en el Observatorio Paranal, Chile) y con el telescopio espacial Hubble (HST). Se observa una relación lineal entre la masa y la velocidad estelar, lo que se interpreta como una significación de 5 sigmas de que este agujero negro ultramasivo tiene una masa log₁₀ (𝑀_BH/𝑀_⊙) = 10.56^+0.07_−0.08 ± (0.12) sys. Sin lugar a dudas un gra resultado de Carlos R. Melo-Carneiro, Thomas E. Collett, …, Wolfgang J. R. Enzi, «Unveiling a 36 Billion Solar Mass Black Hole at the Centre of the Cosmic Horseshoe Gravitational Lens,» arXiv:2502.13788 [astro-ph.GA] (19 Feb 2025), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2502.13788.

Héctor nos habla de un artículo sobre isótopos lunares que permiten detectar el paso de la Tierra por nubes interestelares hace millones de años. En un artículo anterior, Avi Loeb propuso la hipótesis de que el paso por una nube interestelar hace entre dos y tres millones de años pudo influir en la evolución de los homininos (Merav Opher, Abraham Loeb, J. E. G. Peek, «A possible direct exposure of the Earth to the cold dense interstellar medium 2–3 Myr ago,» Nature Astronomy 8: 983-990 (10 Jun 2024), doi: https://doi.org/10.1038/s41550-024-02279-8). En el fondo marino hay isótoopos Fe-60 cuyo origen parece ser supernovas que enriquecieron con hierro la Tierra. Se propuso que su origen era una atrofia de la heliosfera debido al paso de la Tierra por una nube interestelar.

El nuevo artículo estudia esta hipótesis usando un isótopo alumnio-26 en la Luna, que tiene una vida media de un millón de años, luego permite estudiar el paso del Sistema Solar por nubes interestelares en dicha escala de tiempo. En concreto, muestras lunares obtenidas a una profundidad de 40 cm y 250 cm (cálculo de Héctor). Las medidas del Al-26 son promedios sensibles a la escala de tiempo de millones de años (no permiten estimar variaciones de miles de años). Se encuentra una anomalía en la escala de millones de años que es incompatible con la hipótesis de Loeb y sus colegas. El nuevo artículo es S. Poluianov, N. E. Engelbrecht, «Detectability of the passage of the heliosphere through an interstellar cloud with cosmogenic nuclides in lunar soil,» Astronomy & Astrophysis 694: A62 (31 Jan 2025), doi: https://doi.org/10.1051/0004-6361/202452337.

Y pasamos a Señales de los Oyentes. Thomas Villa pregunta: «¿Es cierto que la radiación de Unruh es un invariante relativista local y no global, y que el principio de equivalencia vale solo al interior del horizonte causal del observador acelerado?» Contesta Gastón que la radiación de Unruh fue propuesta para entender la radiación de Hawking en un agujero negro (y la radiación de Hawking–Gibbons emitida por el horizonte cosmológico). Hay horizontes aparentes que algunos observadores los ven y otros no, siendo el ejemplo más sencillo el horizonte de Rindler u horizonte de Unruh. Se considera en un espacio plano (sin gravedad, luego sin curvatura), un observador a aceleración propia constante, respecto al tiempo de su reloj propio. Hay una región del espacio que le es causalmente inaccesible, pues si emitiese luz, lo alcanzaría cuando alcance la velocidad de la luz; como no puede alcanzarla nunca, dicha luz no puede tocarlo nunca. De esta forma aparece un horizonte causal que es aparente, lo ve el observador acelerado, pero no lo observa otro que esté a velocidad uniforme. Unruh demostró que este horizonte tiene una temperatura proporcional a la aceleración del observador ().

Otro observador a velocidad uniforme está en un estado cuántico de vacío, en el que no hay partículas. Pero para el observador acelerando el vacío es diferente, mostrando partículas, la radiación de Unruh (análoga a la radiación de Hawking). El vacío no es un estado invariante relativista; el vacío es un invariante ante el grupo de Poincaré, las isometrías de Minkowski, las transformaciones geométricas que dejan invariante el espaciotiempo de Mikonwski. Todo observador inercial observa el mismo vacío cuántico. Pero un observador no inercial ve partículas, porque el número de partículas no es un invariante ante cualquier cambio de coordenadas (solo ante los de Poincaré). Héctor afirma que esto le sorprende mucho. Gastón aclara que la radiación de Unruh es consecuencia del principio de equivalencia. De hecho, la radiación de Unruh debida a la aceleración propia de un observador cerca de un horizonte de sucesos de un agujero negro coincide con la radiación de Hawking. La temperatura de Hawking es proporcional a la gravedad superficial (la aceleración necesaria para permanecer en el horizonte sin moverme). Ahora bien, el principio de equivalencia solo se aplica localmente. Además, aclara que hay que tener cuidado con el significado de invariante relativista. En relatividad especial se puede interpretar como invariante ante distintos sistemas de coordenadas inerciales; pero dicha definición no se extiende a sistemas de coordenadas no inerciales.

Lector Ciencia me felicita por mi didáctica charla en el CaixaForum. Comenta que las charlas no están grabadas para su difusión por internet.

Mariano Cognigni pregunta: «Mi apellido de cualquier manera está bien pronunciado. ¿Es verdad que para un cuark un átomo es tan grande como para nosotros el universo visible?» Contesta Gastón que el tamaño de un quark no tiene sentido, por ser una partícula fundamental. Se puede definir una longitud de onda característica a partir de su energía cinética. Pero según Gastón no tiene mucho sentido porque los quarks (y los electrones) son partículas puntuales, estrictamente hablando. mucho sentido porque hasta donde sabemos, los electrones, los quarks, a diferencia de los protones y los neutrones, son partículas puntuales, estrictamente hablando. Por ello, tiene sentido hablar del tamaño de un protón, pero no del tamaño de un quark. En la teoría de cuerda tendría una longitud propia, porque las cuerdas son cuerdas. En dicho caso, la longitud de una cuerda es a un átomo lo que un átomo al sistema solar.

Redundo en lo mismo. Los quarks dentro de los protones tienen una enorme energía cinética, mucho más grande que su masa. La masa de los quarks arriba y abajo es de pocos megaelectrónvoltios (MeV), pero tienen energías cinéticas del orden de un tercio de la masa del protón, unos 300 MeV. Al tener esta energía cinética, su longitud de onda (de Compton) es del orden de un attómetro (10⁻¹⁸ metros). Un átomo tiene un tamaño del orden de un ángstrom (10⁻¹⁰ metros), es decir, unos 8 órdenes de magnitud de diferencia. Pero el universo observable tiene unos 10²⁶ metros, luego tiene unos 26 órdenes de magnitud de diferencia con una persona.

Brenda Anabel Ganzi pregunta: «¿En qué se transforma la energía del fotón que se pierde con el corrimiento al rojo de la expansión del universo?» Héctor comenta que la conservación de la energía, tal como la solemos entender, no se cumple en escalas cosmológicas. Hay una cuenta de servilleta que hice una vez para estimar que la energía perdida por los fotones del universo desde la formación del CMB hasta la actualidad es del orden de magnitud de la energía oscura en un cierto volumen cosmológico. ¿Coincidencia? No lo creo. Por cierto, desde z = 1000 hasta z = 0, se estima que la densidad de energía perdida por los fotones del CMB es de 0.6 g/cm³ (600 kg/m³), siendo la densidad de la energía oscura 7 × 10⁻²⁷ kg/m³, lo que implica que su cociente es de 8.6 × 10²⁸ (un «número» cosmológico).

Gastón cita las ecuaciones de Friedmann de la cosmología relativista para indicar que existe una relación entre el parámetro de Hubble H(z) y la densidad de energía del universo, H² = (8 π G / 3) ρ. Diferentes tipos de densidad de energía (radiación, materia, curvatura, oscura, …) su relación con el factor de escala a del universo es diferente. Para la materia ρ ∝ 1/a³, mientras que para la radiación (fotones) a ρ ∝ 1/a⁴ (la potencia extra se debe a que la longitud de onda de luz se estira por la expansión cósmica). En el contexto cosmológico, esta ecuación es lo más próxima a lo que sería la conservación de energía. En ella, de alguna forma, la energía del fotón se va en la expansión cósmica.  O sea, la variación de la densidad se corresponde con una variación de la velocidad y radio del universo.

Gari​ pregunta: «Sería posible intentar encontrar alguna relación de estos pasos por nubes interestelares con grandes fenómenos evolutivos como, por ejemplo, la explosión cámbrica?» Además, Thomas Villa pregunta: «Si la inteligencia depende de una tasa óptima de rayos cósmicos, ¿la vida inteligente podría ser increíblemente rara porque depende de una combinación casi imposible?» Héctor contesta a ambas preguntas que se refieren a una frase sin importancia en un comentario sobre un paper (de Loeb) intentando relacionar los pasos por nubes interestelares con algo conectado con el ser humano. Está bien como reflexión saganiana inspiradora y evocadora, pero no hay que darle muchas más vueltas. Los grandes eventos evolutivos se han intentado correlacionar con casi cualquier cosa y, en general, son pareidolias. Hay pocos eventos, por ello no se puede hacer ninguna estadística fiable. Apostillo que cualquier cosa en la escala de millones de años puede ser excusa para explicar cualquier cosa relativa a la evolución humana.

NeMa ​​pregunta: «Gastón, ¿la NYU no tiene pizarras digitales? ¿O es preferencia tuya?» Gastón contesta que NYU tiene todos los recursos. Pero en su opinión la pizarra electrónica sirve para reuniones con CEOs. Nadie que trabaje en matemáticas o en física teórica va a preferir una pizarra electrónica. Por ejemplo, muchas charlas, como en los seminarios en Princeton, en el Instituto de Estudios Avanzados, se dan obligatoriamente en pizarrón. Yo comento que las pizarras electrónicas son muy incómodas, y lo mismo pasa con las tabletas electrónicas. El tacto es muy diferente del papel.

¡Que disfrutes del podcast!