Según el telescopio espacial Planck de la ESA, la materia oscura es el 26.8% y la materia bariónica el 4.9% de la densidad total de energía del universo. Aún no sabemos dónde se encuentra entre el 30% y el 40% de dicha materia bariónica. La hipótesis más plausible es que se encuentra en la web cósmica. Hay indicios a favor (como los del telescopio Planck en 2012), pero aún no está resuelto el problema de las bariones perdidos. Se publica en Nature el último indicio a favor de esta hipótesis, gracias a XMM-Newton, el telescopio espacial de rayos X de la ESA. Todo apunta a que dicha hipótesis acabará siendo la respuesta firme al problema, pero aún queda mucho trabajo observacional para que los indicios acaben en evidencia.

Como supongo que ya sabes, observar la estructura filamentosa de la web cósmica es difícil en extremo. El nuevo artículo es F. Nicastro, J. Kaastra, …, L. Zappacosta, “Observations of the missing baryons in the warm–hot intergalactic medium,” Nature 558: 406–409 (20 Jun 2018), doi: 10.1038/s41586-018-0204-1; más información divulgativa en Taotao Fang, “Missing matter found in the cosmic web,” Nature 558: 375-376 (20 Jun 2018), doi: 10.1038/d41586-018-05432-2. En español recomiendo “Un observatorio de rayos X encuentra el material intergaláctico perdido”, Agencia SINC, 20 Jun 2018.

Te recomiendo leer en este blog “Los bariones perdidos que ha encontrado Planck”, LCMF, 13 Dic 2012 (que te dirige a “ESA’s Planck satellite finds the missing baryons,” Mapping Ignorance, 13 Dec 2012); “Qué sabemos de la gigantesca nube de gas caliente que rodea nuestra galaxia”, LCMF, 25 Sep 2012; “Un puente de materia oscura entre dos supercúmulos galácticos que confirma la idea de la web cósmica”, LCMF, 05 Jul 2012.

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La fusión por confinamiento inercial inducida por láser en el NIF (National Ignition Facility), EE UU, avanza paso a paso. Aún queda mucho para lograr la ignición de la fusión con Q > 1, generar más energía de la inyectada. Se publica en Physical Review Letters que se ha logrado que el combustible genere más energía de fusión (54 kJ) que energía cinética (~21 kJ) se alcanza en la implosión de la cápsula (hohlraum) de combustible; se estima que en el disparo récord N170827 se ha alcanzado una presión máxima de ∼360 Gbar (36 millones de gigapascales). Te recuerdo que en el NIF 192 láseres inyectan 1.5 MJ durante 7.5 ns en el hohlraum. Siendo 54 kJ un valor 28 veces más pequeño que 1.5 MJ puede parecer un hito menor, pero es más del doble de los 26 kJ que se lograron en 2014. Lo relevante de esta noticia es que NIF sigue avanzando.

Como supongo que ya sabrás, NIF es una instalación científica de 3500 millones de dólares cuyo fin era evitar las pruebas de armamento nuclear. En paralelo al programa militar se inició un programa civil cuyo objetivo es obtener energía mediante fusión. Los 192 láseres inyectan energía sobre una pequeña cápsula cilíndrica (hohlraum) que contiene en su interior una pequeñita esfera con el combustible. El cilindro focaliza la energía láser en la esfera que implosiona provocando la ignición del combustible. Midiendo el flujo de neutrones emitido se estima la energía de fusión producida por el combustible. El gran problema aún no resuelto es cómo minimizar las asimetrías en la implosión, que penalizan mucho la energía que recibe el combustible.

El artículo es S. Le Pape, L. F. Berzak Hopkins, …, O. A. Hurricane, “Fusion Energy Output Greater than the Kinetic Energy of an Imploding Shell at the National Ignition Facility,” Phys. Rev. Lett. 120: 245003 (14 Jun 2018), doi: 10.1103/PhysRevLett.120.245003; las simulaciones que menciono más abajo son de D. S. Clark, C. R. Weber, …, M. J. Edwards, “Three-dimensional simulations of low foot and high foot implosion experiments on the National Ignition Facility,” Physics of Plasmas 23: 056302 (2016), doi: 10.1063/1.4943527. Más información divulgativa en Edwin Cartlidge, “Giant lasers pass new milestone towards fusion energy,” Physics World, 18 Jun 2018.

En este blog también puedes leer “Gran avance en la fusión por confinamiento inercial en el NIF”, LCMF, 12 Feb 2014; “Nuevo hito en la fusión nuclear”, LCMF, 17 Feb 2014; “Duro varapalo a NIF y la fusión por confinamiento inercial mediante láser”, LCMF, 24 Jun 2016.

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Dibujo20180616 Submarine telecommunication cable map sciencemag 2018 06 13 science aat4458

La actividad sísmica del fondo oceánico afecta a las señales que se propagan en los cables de fibra óptica submarinos. Su efecto es muy pequeño, por fortuna, pero se puede detectar mediante técnicas de metrología de última generación. El método se puede usar tanto en enlaces terrestres como submarinos con una longitud entre 75 y 535 km, permitiendo explorar terremotos cuyo epicentro se encuentre a una distancia entre 25 y 18 500 km de la fibra. Publicado en Science, este método permitirá la detección en tiempo real de terremotos subacuáticos de pequeña magnitud (Mw <4), más allá del alcance de los sismómetros terrestres. Esta actividad sísmica ayudará a entender mejor la estructura interna de la Tierra.

Hay sensores sísmicos submarinos, llamados Ocean Bottom Seismometers (OBS). Sin embargo, su número es pequeño y han sido instalados en áreas propensas a terremotos, tanto con fines de investigación, como para los sistemas de alerta de tsunami. El alto coste de una red de OBS a escala global requiere considerar alternativas. Los cables de fibra óptica submarinos son claves en las comunicaciones internacionales e intercontinentales. Ya se han instalado más de un millón de km desde principios de 1990 y se siguen instalando a buen ritmo (en 2018 se instalarán unos 200 000 km nuevos). La técnica de detección acústica distribuida permite detectar terremotos con fibras ópticas en la escala de km. El nuevo artículo propone ir más allá usando las técnicas interferométricas para la metrología de frecuencias.

Solo se ha publicado una prueba de concepto. Si la idea es aceptada por la comunidad, en la próxima década se dispondrá de una red global de seismología submarina. El artículo es Giuseppe Marra, Cecilia Clivati, …, Davide Calonico, “Ultrastable laser interferometry for earthquake detection with terrestrial and submarine cables,” Science (14 Jun 2018), doi: 10.1126/science.aat4458 [link], arXiv:1801.02698 [physics.geo-ph].

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“¿Es reversible el cambio climatico antropogenico? Impacto del “agujero de ozono” en el clima del hemisferio Sur” se titula la charla divulgativa de Manuel Pulido (Data Assimilation Reseach Centre, University of Reading, UK). Se celebrará hoy 14 de junio a las 19:00 horas en el Rectorado de la Universidad de Málaga (el antiguo edificio de Correos en el Paseo del Parque).

Esta conferencia está cofinanciada por la Academia Malagueña de Ciencias y se enmarca en la 11th International Conference on Nonlinear Mathematics and Physics (NoLineal 2018) celebrada en Málaga ente el 12 y el 15 de junio, en la Escuela de Ingenierías Industriales de la Universidad de Málaga. Esta serie de congresos se inició en Ávila (1997), llegando a Sevilla (2016) y Málaga (2018).

NoLineal 2018 recibe a científicos de centros de investigación y universidades de todo el mundo en los campos de física y matemáticas no lineales. La organización ha recaído en profesores del departamento de Lenguajes y Ciencias de la Computación de la Universidad de Málaga. Entre los patrocinadores del evento, además de la UMA, está la Real Sociedad Española de Física, la Real Sociedad Matemática Española, la Academia Malagueña de Ciencias, el Programa de Doctorado de Ingeniería Mecánica y Eficiencia Energética, y la Escuela de Ingenierías Industriales de la Universidad de Málaga. Leer más

Dibujo20180609 Schematic Brillouin laser sciencemag 360 6393 1113

Los láseres de silicio son el santo grial de la optoelectrónica integrada en chip. Se conocen varios diseños, como el láser de tipo Raman o el de tipo Kerr, pero sus propiedades depende mucho de las del material usado y son difíciles de ajustar para una aplicación concreta. Se publica en Science un láser de silicio de tipo Brillouin cuyas propiedades dependen de la geometría de la guía óptica por lo que son mucho más fáciles de ajustar. Se usa una guía de onda en forma de estadio de 4.6 cm de longitud, suspendida en la parte recta y apoyada por la parte curva sobre un sustrato de sílice (dióxido de silicio), que estimula un efecto no lineal llamado dispersión estimulada de Brillouin, muy intenso en el silicio. El nuevo diseño promete superar a diseños alternativos en ciertas aplicaciones, luego parece tener un buen futuro en el campo de la optoelectrónica integrada en chip.

La dispersión estimulada de Brillouin en silicio tiene una ventaja sobre la dispersión estimulada de Raman, el umbral de potencia que separa la dispersión espontánea de la estimulada es mucho menor. En comunicaciones ópticas mediante fibra se trata de evitar el efecto de la dispersión estimulada de Brillouin porque produce una señal retrodispersada, que se propaga en la dirección opuesta a la señal útil y que le roba potencia óptica; en un láser de fibra óptica (que usa una guía de ondas en forma de curva cerrada) este efecto pernicioso se transforma en beneficioso, usándose la señal retrodispersada para generar la señal del láser.

El láser de silicio de tipo Raman no ha acabado de despegar en las aplicaciones tecnológicas; quizás el de tipo Brillouin lo logre, solo el tiempo lo dirá. El artículo es Nils T. Otterstrom, Ryan O. Behunin, …, Peter T. Rakich, “A silicon Brillouin laser,” Science 360: 1113-1116 (08 Jun 2018), doi: 10.1126/science.aar6113, arXiv:1705.05813 [physics.optics]. Las guías de silicio suspendidas están siendo consideradas para muchos dispositivos, por ejemplo, Ki Youl Yang, Dong Yoon Oh, …, Kerry Vahala, “Bridging ultrahigh-Q devices and photonic circuits,” Nature Photonics 12: 297–302 (19 Mar 2018), doi: 10.1038/s41566-018-0132-5. Los interesados en el láser de silicio de tipo Raman disfrutarán con Yasushi Takahashi, Yoshitaka Inui, …, Susumu Noda, “A micrometre-scale Raman silicon laser with a microwatt threshold,” Nature 498: 470–474 (27 Jun 2013), doi: 10.1038/nature12237.Leer más

Dibujo20180609 disagreement data and sm predictions by montecarlo methods cds cern ch 2621975 TOP-17-014-pas

La frase “se observa un buen acuerdo con las predicciones del modelo estándar” parece decorar todos los artículos sobre física de partículas basados en colisiones del LHC. Sin embargo, no se debe olvidar que en las primeras observaciones de un fenómeno conocido conforme crece la energía de las colisiones suelen aparecer desacuerdos con las predicciones teóricas (aunque a menos de una sigma). Por ello, los métodos de Montecarlo que usan para calcular estas predicciones deben ser calibrados de forma periódica. Así, de vez en cuando, se publican artículos en cuyo resumen se afirma que “se observan desacuerdos entre los valores de ciertos observables y las prediciones del modelo estándar”. No hay que asustarse, pues tras la calibración adecuada de los códigos (a veces dando lugar a una nueva versión de los mismos), dicho desacuerdo suele desaparecer.

Un buen ejemplo es el último artículo de CMS sobre la sección eficaz asociada a la desintegración de quarks top en parejas de leptones con 35.9 /fb de luminosidad integrada en 2016; la colisión protón contra protón produce un pareja top-antitop que se desintegra en dos leptones cargados, dos neutrinos y dos chorros hadrónicos asociados a una pareja bottom-antibottom. Las predicciones de los diferentes códigos de Montecarlo usados por CMS (MG5 aMC@NLO, MG5 aMC@NLO, PYTHIA8, MADSPIN, etc.) difieren entre sí y, más aún, discrepan de las observaciones experimentales. Por supuesto, esto no significa que el modelo estándar sea incapaz de predecir estas desintegraciones; solo indica que hay que recalibrar los códigos.

El artículo (que aún no está en arXiv) es CMS Collaboration, “Title Measurements of differential cross sections for ttbar production in proton-proton collisions at 13 TeV using events containing two leptons,” CMS-PAS-TOP-17-014, CDS 06 Jun 2018 [PDF]. Me he enterado gracias a Luboš Motl, “Monte Carlo fails at leptonic top pair production,” TRF, 06 Jun 2018.

[PS] Perdón a todos los lectores porque he cometido un error imperdonable en la primera versión de esta entrada. Un bosón W tiene carga eléctrica positiva (o negativa), luego solo se puede desintegrar o bien en un antileptón cargado con carga positiva (o un leptón cargado con carga negativa) y un neutrino (o un antineutrino), o bien en un quark (antiquark) de tipo arriba de carga +2/3 (−2/3) y un antiquark (quark) de tipo abajo de carga −1/3 (+1/3). La ley de conservación de la carga eléctrica prohíbe que se desintegre una pareja leptón-antileptón. Siento mucho haberlo sugerido en la primera versión de esta entrada. He cometido un despiste imperdonable, similar a demostrar que 1=0 y creerse que la demostración es correcta. Perdón a todos. Muchas gracias @VM_Lozano, por haberme hecho sonrojar. [/PS]

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Dibujo20180608 seasonal cycle mars methane nasa jpl caltech via forbes com startswithabang

El rover MSL Curiosity (NASA) en el cráter Gale (cerca del ecuador de Marte) observó metano en la atmósfera marciana en 2014 (aunque ya había indicios desde 1999). Su origen puede ser geológico (como la serpentinización), pero muchos sueñan con que sea biológico (bacterias metanogénicas). Se publica en Science la observación de variaciones estacionales de la concentración de este gas (la molécula orgánica más simple). En el año marciano 32 el metano aumentó a principios del verano, y parecía estar alto en invierno, pero disminuyó a principios de la primavera del año marciano 33; en este último el metano volvió a aumentar a principios del verano, pero disminuyó a finales del otoño; en el año marciano 34, se ha iniciado la primavera con niveles bajos de metano. Recuerda que un años marciano son unos 687 días terrestres, luego las medidas corresponden a 55 meses terrestres.

El instrumento TLS-SAM, un espectrómetro láser ajustable, a bordo de Curiosity ha medido un valor medio de la concentración de metano atmosférico de 0.41 ± 0.16 partes por millardo en volumen (ppbv) al 95% CL. La variación estacional tiene un mínimo en 0.24 ppbv y un máximo en 0.65, con algunos picos de corta duración de hasta ~7 ppbv. El metano se considera un biomarcador de baja fiabilidad, ya que también puede tener origen abiótico. Hay muchos mecanismos que pueden producir metano, como la serpentinización de olivino o piroxeno, la degradación por irradiación ultravioleta del metano que llega a la superficie por impactos de meteoritos o cometas, la emisión desde clatratos bajo la superficie o del gas absorbido en el regolito, la erosión de rocas basálticas con inclusiones de metano, u otros procesos geotérmicos. Aunque no es igual de fácil explicar la variación cíclica observada con todos estos procesos geofísicos.

El artículo es Christopher R. Webster, Paul R. Mahaffy, …, Ashwin R. Vasavada, “Background levels of methane in Mars’ atmosphere show strong seasonal variations,” Science 360: 1093-1096 (08 Jun 2018), doi: 10.1126/science.aaq0131; también se han descubierto otras moléculas orgánicas, Jennifer L. Eigenbrode, Roger E. Summons, …, Patrice Coll, “Organic matter preserved in 3-billion-year-old mudstones at Gale crater, Mars,” Science 360: 1096-1101 (08 Jun 2018), doi: 10.1126/science.aas9185; más información divulgativa en Inge Loes ten Kate, “Organic molecules on Mars,” Science 360: 1068-1069 (08 Jun 2018), doi: 10.1126/science.aat2662.

Recomiendo de forma encarecida la lectura de Daniel Marín, “Curiosity [ha] descubierto sustancias orgánicas antiguas en Marte”, Eureka, 07 Jun 2018, y de Ethan Siegel, “Sorry, Methane And ‘Organics’ On Mars Are Not Evidence For Life,” Starts With A Bang, 08 Jun 2018.

[PS] Por cierto, en 2009 se publicó en Nature la observación de la variación local y estacional del metano en la atmósfera marciana, compuesta en un 95% de CO2, como nos contó César Tomé, “La inexplicable distribución del metano en Marte y lo que eso puede significar para la vida basada en carbono”, Experientia Docet, 07 Ago 2009. También recomiendo leer a César Tomé, “El metano en Marte vendría de los meteoritos (y no de vida), después de todo”, Experientia Docet, 01 Jun 2012. [/PS]

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Dibujo20180608 ivoox pocast 166 coffee break ivoox

He participado en la primera hora del episodio 166 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [iVoox, iTunes], titulado “Feynman; Europa; Experimento Big Bell Test; NBA; Una Galaxia muy Lejana;” 10 May 2018. “La tertulia semanal ha repasado las últimas noticias de la actualidad científica”.

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Ya puedes escuchar el podcast iVoox del Programa 348 de La Fábrica de la Ciencia, “¿Pulpos con genes extraterrestres? ¿Dijo Einstein que Dios no juega a los dados? F. Villatoro”, en el que Jorge Onsulve Orellana, @jonsulve, me ha entrevistado. ¡Qué disfrutes del podcast!

Hemos hablado del astronauta Pedro Duque, nuevo Ministro de Ciencia del Gobierno de España, y de las siguientes noticias de mi blog: “Test de precisión del principio de la invariancia a la posición local en relatividad general”, LCMF, 06 Jun 2018; “RENO observa que el U-235 explica la anomalía de antineutrinos en reactores nucleares”, LCMF, 05 Jun 2018; “ATLAS observa el bosón de Higgs en el canal ttH usando 79.8 /fb de colisiones a 13 TeV”, LCMF, 04 Jun 2018; y he recomendado el libro “¿Qué es comer sano?” de J. M. Mulet, LCMF, 02 Jun 2018.

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La interacción gravitacional se describe mediante la relatividad general de Einstein, que está basada en varios principios físicos. El principio de inviariancia a la posición local afirma que los resultados de todo experimento en el que se puedan despreciar los efectos gravitacionales es independiente de la posición y orientación de los sistemas de referencia usados. Se publica en Nature Physics el test de mayor precisión de este principio basado en relojes atómicos de cesio y en máseres de hidrógeno. El cambio en el desdoblamiento hiperfino en el hidrógeno y en el cesio, al despreciar la interacción gravitacional, es menor de β= (2.2 ± 2.5) × 10−7 (observa que se trata de un valor compatible con β=0, en acuerdo con la relatividad general).

El resultado se ha logrado mediante el estudio de la variación de la frecuencia de cuatro máseres de hidrógeno que se usan en el complejo de relojes atómicos del NIST (National Institute of Standards and Technology), Boulder (Colorado, EE UU), y de la variación de la frecuencia primaria de los estándares de tiempo que se usan en laboratorios de metrología de EE UU, Francia, Alemania, Italia y Reino Unido durante un periodo de 14 años. La combinación de todos estos resultados ha permitido comprobar que el valor de β es compatible con cero hasta una parte en cinco millones. Una mejora significativa en los test de precisión de este principio hasta ahora.

El artículo es Neil Ashby, Thomas E. Parker, Bijunath R. Patla, “A null test of General Relativity: New limits on Local Position Invariance and the variation of fundamental constants,” Nature Physics (04 Jun 2018), doi: 10.1038/s41567-018-0156-2, arXiv:1706.10244 [gr-qc].

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