Conferencia del CERN sobre el bosón de Higgs

En ciencia la interpretación de un resultado experimental que no es concluyente está sujeta a la postura de los científicos que la realizan. En relación al bosón de Higgs hay dos posturas claras enfrentadas, los que creen que el bosón de Higgs existe (el predicho por el modelo estándar) y los que opinan que el bosón de Higgs no existe (entre ellos los hay radicales, ningún bosón de Higgs existe (pero recuerda que hay pruebas indirectas de que existe el campo de Higgs), y los que opinan que no existe el bosón de Higgs predicho por el modelo estándar, pero sí otros bosones de Higgs diferentes, como los predichos por la supersimetría).


La noticia de ayer se puede interpretar de dos maneras completamente diferentes en función de la postura del físico que lo cuente. Permíteme un resumen de lo que concluyen en vista a los datos publicados en la conferencia de ayer ambos tipos de científicos.


Los físicos que creen que el bosón de Higgs existe. Los datos publicados ayer apuntan claramente a un bosón de Higgs con una masa entre 120 y 127 GeV, con preferencia hacia un valor de 125 GeV. Los datos acumulados por el LHC durante 2011 no son suficientes para decidir si existe un Higgs con una masa de 125 GeV, ya que se requiere analizar cuatro veces más datos para obtener la respuesta definitiva (se espera que estén disponibles a finales de 2012). Sin embargo, con los pocos datos analizados se esperaba observar en alguno de los dos experimentos (ATLAS o CMS) un pico como el observado por ATLAS, que tiene la altura esperada, aunque es un poco más estrecho de lo esperado; una fluctuación estadística es la responsable de que este pico sea menos ancho de lo predicho. Los datos de CMS presentan dos picos muy anchos y de poca altura centrados en 120 GeV y 124 GeV; el primero de los cuales es una fluctuación estadística y el segundo apoya el resultado de ATLAS. Una combinación “a ojo de buen cubero” o por la “cuenta de la vieja” de los datos de ATLAS y CMS demuestra que el pico observado por ATLAS es más ancho de lo que parece y tiene la anchura esperada para un Higgs de 125 GeV, con lo que es una señal inequívoca de que existe un Higgs de 125 GeV. La combinación oficial de los datos de ATLAS y CMS que se publicará en marzo de 2012 ofrecerá una prueba inequívoca de esta afirmación. En el verano de 2012 el pico observado ayer será visible claramente tanto en ATLAS como en CMS y tendrá la anchura que tiene que tener para confirmar fuera de toda duda que existe el Higgs, aunque solo se podrá hablar de descubrimiento definitivo en diciembre de 2012 o cuando se hayan analizado, al menos, una cantidad de datos similar a cuatro veces los datos acumulados en 2011. La conferencia de ayer es una señal inequívoca de que el bosón de Higgs existe.


Los físicos que creen que el bosón de Higgs no existe. Los datos publicados ayer excluyen que exista un bosón de Higgs salvo en el intervalo de masas entre 117 y 127 GeV y dentro de este intervalo todo apunta a una falsa alarma ya que aunque ATLAS apunta a un Higgs con una masa de 125 GeV, CMS con más datos analizados apunta a lo contrario. Los datos acumulados por el LHC durante 2011 no son suficientes para decidir si existe un Higgs con una masa entre 117 y 127 GeV, pero sí son suficientes para excluir un Higgs en dicho itervalo. Una fluctuación estadística es la responsable de que no se haya podido excluir de forma definitiva la partícula de Higgs. El pico observado por ATLAS es mucho más estrecho de lo esperado para un Higgs de 125 GeV, sobre todo en la parte derecha, porque CMS excluye claramente un Higgs con una masa igual o mayor que 127 GeV. Por ello, el pico observador por ATLAS es una fluctuación estadística, similar a las fluctuaciones estadísticas observadas por CMS sobre un Higgs con 120 GeV y con 124 GeV. Más aún, CMS ha presentado un análisis más completo que el de ATLAS pues ha estudiado más datos y en más canales de búsqueda (5 en lugar de 3). Por ello, la información aportada por CMS es más fiable que la de ATLAS y cuando se publiquen nuevos datos sobre ATLAS apoyarán lo observado por CMS. No se deben combinar los datos “a ojo de buen cubero” o por la “cuenta de la vieja” y hay que esperar a la combinación oficial de los datos de ATLAS y CMS que se publicará en marzo de 2012 y que seguramente excluirá de forma casi definitiva un Higgs en el intervalo de masas entre 117 y 127 GeV. En el verano de 2012 ya se sabrá con seguridad que el bosón de Higgs del modelo estándar no existe y se iniciará la búsqueda de otros bosones de Higgs más exóticos.


En resumen, los mismos datos se pueden interpretar de dos maneras diferentes y creo que es importante que el público en general lo tenga claro. El anuncio de ayer fue una gran noticia para la física, pero hay que explicarla bien para que no parezca que el CERN juega al cuento de “Pedro y el lobo” con la gente. fonte: clique aqui e aqui

Bosón de Higgs

¿Qué es el bosón de Higgs?

Es una partícula elemental que juega un papel esencial en el mecanismo por el que se origina la masa de todas las partículas del Universo. Es, también, la última partícula subatómica que queda por detectar para completar el Modelo Estandar, el "catálogo" de los componentes fundamentales de la materia. Todas las demás partículas predichas en ese modelo han sido ya descubiertas en los laboratorios de física.

¿Qué es un bosón?

Todas las partículas fundamentales que existen se dividen en dos categorías, fermiones y bosones. Los primeros son los constituyentes íntimos de la materia, mientras que los segundos transportan las varias fuerzas de la Naturaleza. Así, mientras que un protón, un neutrón o un electrón son fermiones, otras partículas, como los fotones, los gluones o las partículas W y Z son bosones. Las tres últimas transortan, respectivamente, las unidades mínimas de las fuerzas electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil.

¿Cómo aporta el bosón de Higgs masa a las demás partículas?

En la década de los 60, el físico británico Peter Higgs predijo la existencia de un campo que permea todo el Universo, conocido como el "campo de Higgs". Y de la misma forma en que el fotón es el componente fundamental de los campos electromagnéticos, también debe de existir una partícula asociada al campo de Higgs. La masa de las diferentes partículas estaría causada por una “fricción” con el campo de Higgs. Las más livianas se moverían fácilmente por el campo de Higgs, mientras que las más pesadas lo harían con mucha mayor dificultad. Si no existiera el campo de Higgs, todas las partículas, sin importar su masa, se moverían a la velocidad de la luz.

¿Cómo se puede detectar el bosón de Higgs?

No es posible detectar directamente al bosón de Higgs, ya que una vez que se produce se desintegra casi instantáneamente dando lugar a otras partículas elementales más comunes. Lo que sí que puede verse son sus “huellas”, en forma de partículas resultantes de su proceso de desintegración. Eso es lo que se busca en el gran acelerador LHC.

¿Y si no se descubre el bosón de Higgs?

Habría que replantear el Modelo Estandar y lo que creemos saber sobre el origen de la masa de las partículas. La no detección del Higgs obligará a formular nuevas teorías y a explorar nuevos campos de la Física que puedan ofrecer una respuesta.

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Richard Feynman - Cómo buscar una nueva ley

Richard Feynman sobre cómo buscar una nueva ley en ciencia.
Universidad Cornell, 1964

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El premio Nobel de física cae sobre un universo acelerado

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Michio Kaku: “Estamos aplastando la curiosidad de los niños”

Sobre el principio de incertidumbre generalizado en gravedad cuántica

El proceso de medición en la física es de fundamental importancia, y más aún dentro de la teoría cuántica, pues, es el mismo proceso de medir alguna magnitud física cambia el estado cuántico del sistema en cuestión. Más aún, ciertos pares de magnitudes cuánticas (como la posición y el momento o la energía y el tiempo) no pueden ser medidas simultáneamente con precisión arbitraria, es decir, la precisión con la que se conoce una magnitud depende de la precisión con la que se conoce la otra. En otras palabras, mientras mas precisamente se conoce una de las magnitudes menos precisamente se podrá conocer la otra, esto se conoce como principio de incertidumbre de Heisenberg (establecido en forma de desigualdades) y es un concepto fundamental en la teoría cuántica.

Bueno, hasta ahora solo he hablado de mecánica cuántica, ¿Que tiene que ver todo esto con una teoría cuántica de la gravedad entonces?; Una teoría de gravedad cuántica debería incluir de cierto modo un principio de incertidumbre. Esto es lo que se llama "Principio de incertidumbre generalizado" y fue descrito por primera vez en la teoría de cuerdas, mostrando que es imposible medir distancias menores que la longitud característica de la cuerda.

Una relación parecida surge al considerar un experimento pensado que involucra un proceso de medición en presencia de gravedad, si intentamos medir distancias cada vez mas pequeñas, las fluctuaciones de energía en la región de la métrica que se esta midiendo se hacen mas grandes, y el radio gravitacional (asociado con la energía) se hace mas pequeño.

Se muestra, así, que este radio gravitacional llega a tomar un valor crítico en el cual es igual a la distancia que se desea medir, dicha longitud critica es, en efecto, la longitud de Planck; en este punto se origina un micro agujero negro.

Es decir, la región mínima observable tiene un ancho de la longitud de Planck; cualquier detalle mas refinado es ocultado por el horizonte de eventos del micro agujero negro. Mas aun, cualquier esfuerzo para medir mas allá de dicha región resultara en una fluctuación de energía mas grande y por lo tanto en una región inobservable mayor.

En resumen, se obtiene una generalización para el principio de incertidumbre cuando se consideran situaciones de medición en la cuales la gravedad es importante, y es la presencia de la gravedad la que causa la formación del micro agujero negro cuyo horizonte hace inobservable la región dentro de el.

Cabe mencionar que este experimento pensado se lleva a cabo considerando que el espacio tiempo es continuo a toda escala, a diferencia de lo que sostiene la teoría de Gravedad Cuántica de Lazos (Loop Quantum Gravity), seria interesante ver si es que se puede obtener un principio de incertidumbre partiendo de dicha teoría para ver si concuerda con los obtenidos usando otras aproximaciones a la Gravedad Cuántica.

El experimento pensado se discute con mucho mas detalle en el articulo de Fabio Scardigli "Generalized Uncertainty Principle in Quantum Gravity from Micro Black Hole Gedanken Experiment".

Fractalidad en redes espinoriales

He encontrado que una red espinorial bajo evolución causal adquiere carácter fractal. Claro que esta condición es un caso extremo de la evolución en la que los reacoplamientos de nodos tetravalentes en nodos trivalentes sólo se dan de un modo. El fractal en sí es uno llamado Red de Apolonio. Este fractal tiene una dimensión de Hausdorff de 1.3057 aproximadamente. También he encontrado que las perturbaciones (a modo de pila de arena) en la red evolucionada decaen exponencialmente en el tiempo. Esto indica un carácter de criticalidad auto-organizada lo que es propio de topologías libres de escala y permite, en principio, la recuperación del límite continuo en la teoría no perturbativa de la cuantización canónica de la relatividad general. Creo posible trasladar toda red evolucionada de esta manera a su fractal correspondiente y representar los coeficientes de área de la red en los círculos generadores del fractal. Así, se podría estudiar la equivalencia entre redes evolucionadas mediante transformaciones de Möbius de los fractales. Resta, también, generalizar las evoluciones a todos los modos de reacoplamiento y verificar la criticalidad auto-organizada mediante un estudio de percolación dirigida en la red de geodésicas nulas de la red espacio-temporal completa.

Patrones de la naturaleza - Semana cero

Llamo su atención nuevamente sobre el asunto de las redes espinoriales. Vamos a repensar la situación. No permitamos que éste sea un monólogo. Comencemos recordando que en el espacio sólo se pueden dar 5 poliedros regulares. O más simplemente aun: sólo se pueden acomodar 6 triángulos equilateros en dos dimensiones alrededor de un punto; si acomodo 5 creo un objeto concavo (o convexo, depende cómo se mire), si acomodo 7 creo un objeto concavo-convexo. Ambos casos exigen la presencia de una dimensión adicional. De igual manera con los poliedros. En ellos importan el número de aristas que se pongan en contacto, tanto como el numero de aristas de las figuras que hacen cada poliedro. Me explico: por ejemplo, un cubo es un cuerpo cuyas caras tienen cuatro aristas y cuyos vertices (digamos nodos) reunen tres aristas. Todo esto sugiere una manera primitiva de pensar cómo podemos acomodar regularmente objetos en el espacio. Pero, talvez, podríamos, más bien, decir, que ésta es la manera primitiva en que el espacio permite que los objetos se acomoden. La pregunta es: qué tal si mi evolución causal consiste en disposiciones polihédricas de aristas y nodos que llenen el espacio?

Roger Penrose: Before the Big Bang

Roger Penrose habla en la George Mason University como parte de The Aharonov Distinguished Lecture Series. Discute la posibilidad de que hubiera tiempo antes del big bang.

Spin Foams

En LQG, la dinámica está gobernada por un hamiltoniano que está definido en el espacio de los spin networks. Este hamiltoniano sólo actúa sobre los nodos de la red, no existe una variable temporal externa en la teoría y la ecuación dinámica cuántica que reemplaza la ecuación de Schrödinger es la de Wheeler-DeWitt.

Las amplitudes de transición W(s,s') definen el producto escalar en el espacio de soluciones de la ecuación de Wheeler-DeWitt, donde s y s' son dos estados del spin network.

Se puede dar a estas amplitudes una representación como suma sobre caminos, es decir, sumando sobre diferentes historias de acciones de H que llevan un estado s a otro s'. En ese sentido un camino es la historia de mundo de un spin network, con interacciones que ocurren en los nodos y esta historia es una colección de caras (cada una de ellas siendo un spin network).

Entonces un spin foam es una estructura formada por estos conjuntos de caras que a su vez contienen bordes y vértices. Las caras están etiquetadas por los números cuánticos de área j y los bordes por los números cuánticos de volumen i.

Para resumir: un spin network describe la geometría cuántica del espacio, un spin foam hace lo mismo para el espacio tiempo, el espacio tiempo se podría considerar como una superposición de spin foams. Para mas información sobre estas estructuras haz click aquí.

Emisión de rayos X proveniente de los anillos de Saturno

Como ya se vio anteriormente, Saturno es un planeta muy interesante. Vimos que este planeta remite rayos X provenientes del Sol. Siguiendo con el estudio de Saturno, imágenes tomadas por el telescopio Chandra, nos mostraron que los anillos de Saturno también remiten rayos X. Cada anillo principal está formado por muchos anillos estrechos, los que están compuestos básicamente por agua, que podrían ser icebergs o bolas de nieve mezcladas con polvo. Según el artículo "Discovery of Oxygen K
X-ray Emission from the Rings of Saturn" esta emisión de rayos X está dominada por la banda de energía de la línea fluorescente K
-alpha de oxígeno a 0.53 KeV. Esta característica de los anillos de Saturno una vez más nos obliga a investigar más profundamente este planeta. ¿Seguirá sorprendiéndonos Saturno con más curiosidades?

Estructura fractal de "Loop Quantum Gravity"

En el contexto de "Loop Quantum Cosmology" se comprobó que no existe caos en los modelos que clásicamente presentaban ese comportamiento, estos modelos clásicos son conocidos como "Bianchi IX".

Por otro lado, recientemente se obtuvo (en el contexto de "Loop Quantum Gravity" y usando argumentos relacionados con la cuantización de la longitud, el área y el volumen) la dimensión fractal espacial que va de 2 hacia 3 pasando por una dimensión fractal de 1,5. También se encontraron similares propiedades fractales en modelos causales para el Universo.

Sin duda alguna es un tema que necesita ser más investigado, se precisan herramientas matemáticas relacionadas con la mecánica estadística fuera del equilibrio y métodos computacionales.

Tendiendo un puente

El poder unificador de la física está en la matemática que subyace en la analogía inherente a muchos comportamientos aparentemente disímiles. Por ejemplo, es posible tender un puente electromecánico cuando reconocemos la fuerza en el voltaje, la velocidad en la corriente o la fricción en la resistencia. De igual forma, se han asociado campos como la cosmología y la acústica donde ahora se estudian agujeros negros acústicos... Y así, leyendo un review de Steven Strogatz sobre redes complejas aprendí que se pueden asignar puntos fijos, ciclos límite o, incluso, atractores a los nodos de una red compleja. En el supuesto que una red espinorial se pueda considerar como tal, la pregunta es: en qué caso(s) se puede(n) asignar tales tipos de variedades compactas a los nodos que, como sabemos, tienen asociados un autovalor de volumen?

Creo que se puede atacar la evolución de una red espinorial respondiendo ese tipo de pregunta. Más aun, qué sucedería si el atractor asociado al nodo es extraño? Hablaríamos de una estructura fractal? Pero qué consecuencias tendría para la red? Talvez sea hora de acuñar términos como fractal loops... El puente se está empezando a tender.

Más sobre la red primordial...

Como se había dicho antes, el espacio (dentro de la perspectiva de la Loop Quantum Gravity) está constituido por una red llamada "spin network"; tal red está caracterizada por ciertos números cuánticos (j y m), los cuales están relacionados con los eigenvalores de área y, específicamente, cuando esta red se entrecruza con una sección eficaz de un horizonte (de un agujero negro, por ejemplo) surgen los estados cuánticos de área donde cada una de las punciones está etiquetada con un numero cuántico.

Dentro de este marco es posible realizar un conteo de estados permitidos bajo ciertas restricciones. Después de encontrar el número total de estados cuánticos  es posible realizar un análisis mecánico estadístico que permite el cálculo de la entropía relacionada a la superficie en cuestión (la del agujero negro). Esta "receta" todavía está incompleta ya que el cálculo del número total de estados se lleva a cabo para un horizonte aislado. Queda mucho por investigar acerca de estas interesantes redes que conforman el espacio en sí. Más información acerca de la manera como se calcula la entropía dentro de la LQG, se puede encontrar en el artículo de P. Mitra: Black hole state counting in Loop Quantum Gravity.

Albert Einstein

Albert Einstein es una figura mítica no solo en el ambiente académico. El cambió la concepción del Universo a todo el mundo. Fue una mente rebelde que luchó por la paz y la justicia social. A continuación hay varios links del YouTube sobre la vida de Albert Einstein. Quería solamente recordar que hay varias orientaciones sobre la vida de Einstein, algunas de ellas pueden ser intencionales y otras realmente profundas. Para entender en toda su amplitud su vida es importante leer sobre la vida de Einstein de forma crítica, siempre viendo las referencias y objetivos: Albert Einstein 1, Albert Einstein 2, Albert Einstein 3, Albert Einstein 4, Albert Einstein 5, Albert Einstein 6, Albert Einstein 7, Albert Einstein 8, Albert Einstein 9.

Materia oscura y energía oscura

Observaciones experimentales siguen indicando que el Universo está dominado por dos componentes invisibles: la materia oscura y la energía oscura. Entender esta oscuridad cósmica es una prioridad para los astrónomos y para los físicos.

¿Cuál es la composición del Universo? En términos de su contribución, el Universo se compone de, aproximadamente, 75% de energía oscura, 20% de materia oscura y 5% de materia común, con una contribución menor de fotones y de neutrinos. Estas mediciones se basan en la validez del modelo de Big Bang, la Relatividad General y el Principio Cosmológico (el Universo es uniforme a grandes escalas). La amplitud y profundidad de los experimentos y observaciones que apoyan estos principios nos dan la confianza de que este modelo del cosmos tiene una base sólida.

¿Cuál es la evidencia de la materia oscura? Podemos inferir la presencia de materia oscura a través de métodos indirectos, a pesar de no ser capaces de verla. Las leyes de Newton afirman que la masa de un cuerpo puede ser determinada por el movimiento de sus satélites. Así, se ha calculado que la masa de los cúmulos de galaxias es mucho mayor que la de sus constituyentes (galaxias) y que la masa de las galaxias es mucho mayor que el peso combinado de las estrellas y sus componentes de gas interestelar. Por tanto nos falta saber por qué esa masa es mayor. Hay muy buenas razones para esperar que esta materia extra no sea materia normal. Esa abundancia de materia normal sería difícil de ocultar a las miradas indiscretas de los astrónomos, que además dejaría su huella en la radiación cósmica fondo.

¿Qué pasa con la energía oscura? La observación de que el Universo se está acelerando, en lugar de disminuir su ritmo de expansión a causa de la atracción gravitatoria de la materia indica que hay mucho más que el Universo que entendemos en la actualidad. La principal interpretación es que el Universo está lleno de algo apodado energía oscura. Consideremos que la posibilidad de repulsión gravitacional no existe en la gravedad newtoniana y que, en cambio, existe en la Relatividad General. La equivalencia entre la materia y la energía significa que las presiones de gases causadas por los movimientos térmicos moleculares pueden ser una fuente de campos gravitacionales. El campo gravitacional de un líquido con suficiente presión negativa es repulsiva. Aunque puede ser difícil imaginar cómo los movimientos moleculares pueden dar lugar a una presión negativa, se ha constatado que algunos de los campos cuánticos que se plantean en la teoría de partículas elementales permiten fluidos con presión negativa. La energía oscura es, pues, simplemente la presión negativa de fluido que se postula para dar cuenta de la aceleración cósmica.

¿Cuál es el mejor candidato para la energía oscura? El más simple candidato a la energía oscura es la constante cosmológica de Einstein, lo que denota un fluido perfectamente uniforme con presión negativa. Sin embargo, los datos observacionales indican que el valor de la constante cosmológica es 10¹²⁰ veces más pequeña que la expectativa teórica, lo que es uno de los mayores problemas de la física actual. Hay quien dice que esta crisis es parecida a la crisis que a inicios del siglo 20, mediante la explicación de radiación del cuerpo negro, dio inicio al descubrimiento de la mecánica cuántica. Se han elaborado muchas teorías para intentar elucidar el origen de la materia oscura y de la energía oscura, algunas de ellas se las puede leer en un articulo reciente de Robert R. Caldwell y Marc Kamionkowski.