Perfiles científicos: ELENA CÁCERES

abril 28, 2013
Elena

Elena

Con el propósito de presentar y dar a conocer ante nuestra comunidad (universitaria y en general) a algunos de los científicos más sobresalientes de la Universidad de Colima, presentamos esta breve e informal entrevista. En esta ocasión nos responde la Dra. Elena Cáceres, quien se cuenta adscrita a la Facultad de Ciencias y al Centro Universitario de Investigación en Ciencias Básicas.

¿De dónde eres, dónde creciste?

Soy de Lima, Perú. Crecí en Lima, en el distrito de Breña, en el centro de la ciudad.

Si recuerdas, ¿a qué querías dedicarte cuando tenías alrededor de 10 años?

A los 10 años quería ser “Jefe”. De qué o de quién no importaba, solo quería ser Jefe.

No es que me gustara mandar, eso me era indiferente — o por lo menos no lo recuerdo. Lo que me disgustaba profundamente era tener que obedecer. La única manera de escapar de eso “cuando fuera grande” me parecía era ser “Jefe”. Esa era toda mi aspiración, ser Jefe para que nadie me diga que hacer y que no hacer.

¿Porqué decidiste dedicarte a la ciencia? ¿recuerdas cuándo sucedió?

En el bachillerato tuve un profesor de física muy bueno. A diferencia de mi profesor de matemáticas, que era un señor viejito que casi se dormía dictando clase, el de física era un estudiante de ingeniería con entusiasmo, buen carácter y que sabía de lo que hablaba. No usábamos ningún texto, él llegaba y nos contaba lo típico sobre planos inclinados, poleas o proyectiles, pero lo hacía con tal pasión que capturaba nuestra atención. Fue en esos años que empecé a pensar que ser físico debe ser divertido.

¿En dónde estudiaste tu doctorado y porqué ahí?

Hice mi doctorado en la University of Texas at Austin (USA). Fui a USA porque había escuchado que ahí ofrecían “becas” para los estudiantes de doctorado. Estuve un par de años en Francia y sabía que estudiar un doctorado y trabajar a tiempo completo es muy difícil, así que necesitaba algún sitio donde ofrecieran ayuda económica. En ese entonces no tenía ni la más remota idea de qué universidades en USA eran buenas o no. Como tenía opción a postular a 4 universidades escogí 2 sitios donde me gustaría vivir (Hawaii y Alaska), UT Austin porque había un premio nobel en altas energías – así que debía ser un sitio OK y Columbia porque la había escuchado mencionar en alguna película (¿Woody Allen?). Queda claro que en ese tiempo no me tomaba lo de la “carrera” muy en serio. Recién cuando llegue a Austin empecé a pensar en mi misma como una física de verdad.

¿Describe brevemente que hiciste en tu tesis de doctorado?

Teoría de cuerdas es una teoría en 10 dimensiones. Como observamos solo 4 dimensiones existe en teoría de cuerdas un mecanismo llamado “compactificación” que postula que las dimensiones extras – las que no vemos – están enrolladas en una variedad de 6 dimensiones. En mi tesis de doctorado analicé cuán grande puede ser esta variedad 6-dimensional, cuáles son las restricciones en su volumen.

¿Dónde has trabajado?

He trabajado en la University of California at Los Angeles, en el International Center for Theoretical Physics de Trieste, Italia, en Brown University, en el CINVESTAV y en la Universidad de Colima.

¿Cuándo llegas a Colima? ¿porqué Colima?

Llegue a Colima en 2005. Antes estuve dos años en el CINVESTAV y me me sentía muy cómoda en México. La cultura, la sociedad mexicana es muy similar a la peruana y quise quedarme en México. Cuando enseñé en Brown no sentí ninguna conexión con los estudiantes, no me identificaba con ellos para nada. En cambio en México es como estar en Perú, enseñar acá es gratificante emocionalmente.

En los dos años que estuve en el DF pude vislumbrar muchos defectos del ambiente académico: endogamia, proteccionismo, aislamiento intelectual, falta de competencia, etc. Pero lo que más me perturbaba es que todos esos defectos se tomaran como “normal”. Nadie parecía poder o querer hacer las cosas de una manera diferente. En Colima encontré un grupo de profesores que justo luchan contra todo eso, que trabajan con estándares internacionales, que tratan de cambiar y mejorar su entorno, que comparten mi visión de ver las cosas.

¿En qué trabajas actualmente?

Hago teoría de cuerdas; trabajo principalmente en aplicaciones de la dualidad gauge/gravedad también conocida como AdS/CFT o como holografía.

Se dice que la ciencia es una actividad útil a la sociedad y que los países deben apoyarla. ¿Estás de acuerdo con eso? ¿Porqué? Tu trabajo ¿de qué sirve o para qué puede servir?

Esta es una pregunta muy amplia, con muchos ángulos y es difícil contestarla en toda generalidad.

Es claro que países en crecimiento, como México, no llegarán a ser países “desarrollados” si no hay apoyo para la ciencia. Se necesita poder crear y adaptar tecnología a las necesidades locales. Un ejemplo es el desarrollo de la investigación en agricultura del maíz en México. No apoyar a la ciencia y tecnología mantiene a un país en una situación de dependencia al tener siempre que importar los conocimientos científicos y la tecnología necesaria.

Si hablamos específicamente de física, algunas ramas tienen aplicaciones tecnológicas o comerciales muy directas; es fácil argumentar la utilidad de los láser y los microscopios de efecto túnel. Por otro lado, hay campos, como el mio, que son muy abstractos y que no tienen ninguna aplicación utilitaria a la vista. Todos los físicos esperamos que nuestras teorías – por más abstractas que sean – sirvan para entender fenómenos de la naturaleza. Y esa es la meta, para eso “sirve” lo que hago, para entender mejor el universo. Queremos contestar preguntas como ¿por qué vivimos en 4 dimensiones? ¿que pasó justo después del Big Bang? ¿qué pasa en el interior de un agujero negro? Las respuestas contribuirán al edificio del conocimiento humano y eso debe ser apoyado.

Aparte de la ciencia, ¿qué otros intereses “fuertes” tienes?

Diría que me gusta el arte en general; la pintura y la literatura en especial.

Si no te dedicaras a la ciencia, ¿qué te gustaría hacer?

Me gustaría ser grafitera. Pintar graffitti en las paredes, las veredas y en los buses. Hacer arte que no se puede comprar porque esta en la calle y pertenece a todos.

Si tuvieras que dar UNA recomendación a una persona que actualmente está pensando a qué dedicarse, ¿cuál sería?

Que no le hagan caso a nadie y decidan por si mismos.


Cazando fantasmas

abril 15, 2013

Prácticamente no interaccionan con nada. Si llenáramos el espacio exterior con agua podrían atravesar, en promedio, una distancia aproximada de 7 años luz sin interaccionar con los protones y neutrones del agua. Esta situación representa un problema ya que para cazarlos se requiere que interaccionen con nuestras trampas.

ghostbusters-2-1-1024Bueno, en realidad no son fantasmas. A diferencia de éstos nuestros protagonistas si existen y – aunque difícil – hemos podido detectarlos y estudiarlos. Se les conoce como neutrinos y el primero fue descubierto en 1956. Desde entonces hemos descubierto que existen tres tipos distintos y de que, contrario a lo que se creía en un principio, tienen masa. Pequeña, pero tienen.

Algo muy interesante de los neutrinos es que a pesar de ser difíciles de detectar son las partículas más abundantes en el universo. Las estrellas funcionan gracias a la fusión nuclear que consiste en la unión de dos átomos en otro más pesado y energía. Esa energía se manifiesta en forma de fotones (luz) y neutrinos. Para darnos una idea del número de neutrinos producidos en una estrella les pido que observen la uña de uno de sus dedos, el que sea, no importa. Bien, pues cada segundo atraviesan su uña alrededor de cien mil millones de neutrinos producidos por el Sol.

¿Y entonces cómo los detectamos? Como dijimos antes, en promedio los neutrinos atraviesan todo sin interaccionar. En promedio significa que unos atraviesan más, otros menos, pero que la mayoría atraviesan alrededor de los 7 años luz. Obviamente para detectarlos necesitamos que al menos algunos de ellos interaccionen en una distancia mucho menor a 7 años luz. De hecho, si queremos detectar neutrinos que se produjeron en el Sol, necesitamos que interaccionen dentro de unos 8 minutos luz, es decir, dentro de la distancia entre el Sol y la Tierra. Peor, como no podemos llenar de agua el espacio entre el Sol y la Tierra, en realidad lo que necesitamos es que los neutrinos interaccionen dentro de algún recipiente con agua que podamos fabricar. Lo único que nos puede salvar y hacer posible la detección es precisamente el hecho de que el Sol produce una cantidad enorme de neutrinos. La mayoría – la gran mayoría – atravesará la Tierra y los detectores que construyamos sin dejar ningún rastro, pero es posible que algunos pocos si logren interaccionar y que seamos capaces de registrar esa interacción. ¡Es una locura!

La interacción: Lo que esperamos es que uno de ellos colisione con un protón del agua. Esta colisión hará que el intercambio de energía genere la creación de otras partículas. Una de ellas será un positrón, que debido a la gran cantidad de energía intercambiada se moverá con una rapidez superior a la de la luz en el agua (nada viaja más rápido que la luz en el vacío, pero la luz viaja más despacio en el agua, así que es posible que un positrón viaje más rápido que la luz en el agua) y ésto generará un tenue destello de luz muy específico que se puede buscar y registrar.

neutrino_detector_super_kamiokandeDetector: Necesitamos un tanque de agua lo más grande posible. Este tanque de agua deberá tener en sus paredes algo que sirva como receptor de luz para poder detectar los destellos generados por los rápidos positrones. Además, para estar seguros de que lo que le pegó a los protones del agua fueron los neutrinos y no alguna otra partícula metiche que anduviera viajando por ahí, necesitamos poner el tanque en el interior de una mina o una montaña para que la roca absorba cualquier otra partícula impostora. ¡Así se cazan los neutrinos!

¿De dónde vienen los neutrinos? Los neutrinos son producidos en cualquier tipo de reacción nuclear. Nosotros emitimos positrones y neutrinos a cada rato, debido al potasio inestable que tenemos en nuestro cuerpo. La Tierra produce radiación en su interior (eso es lo que calienta el material que sale del volcán) y por lo tanto emite neutrinos. Sin embargo para poder detectarlos necesitamos que se produzcan en cantidades inmensas. Hay tres fuentes principales que utilizamos. Una: el Sol. Otra es la atmósfera. En este caso son los rayos cósmicos (principalmente protones) que vienen del espacio exterior y colisionan con los gases de la atmósfera generando cantidades importantes de neutrinos. NeutrinosFinalmente la tercera fuente son los reactores nucleares construidos por nosotros mismos. Otra fuente interesante son las supernovas, estrellas que mueren en una gran explosión liberando cantidades inmensas de neutrinos. El problema con éstas es que necesitamos esperar a que estalle una para poder recibirlos, no representan una fuente constante de neutrinos (por eso no la cuento como parte de las 3 principales).

Un comentario final: el Sol produce fotones (la luz que nos llega y es responsable de la fotosíntesis y tu vida) y neutrinos. Un fotón producido en el interior del Sol colisiona con los protones y neutrones presentes en el medio solar y tarda en salir y llegar a nosotros alrededor de un millón de años. Los neutrinos no interaccionan y salen inmediatamente. Entonces, para poder ver el interior del Sol como es ahora, necesitamos ver los neutrinos, no la luz. Para ver el interior del Sol tenemos que ir a un tanque de agua situado en el interior de una mina a buscar un pequeño destello de luz producida por un positrón que a su vez fue producido por un neutrino solar. Maravilloso.

¿Y de qué sirve todo esto? ¿ideas?


Una idea descabellada, insensata

abril 7, 2013

Al contemplar nuestro alrededor nos damos cuenta que existe una multitud de objetos con características muy distintas. Colores, texturas, formas, olores, consistencias, temperaturas y sabores que nos invaden y dentro de los cuales existimos. Al contemplarlo con calma nos damos cuenta que no es obvio encontrar patrones o semejanzas en dicha vastedad de propiedades. ¿Qué puede tener en común la sangre humana con la pantalla de un televisor? ¿En qué se parece la hoja de papel en que están escritas estas palabras y el ojo de un sapo? ¿La arena caliente y seca del desierto comparada con las escamas de un pez?

Hace mucho tiempo surgió una idea descabellada: todo lo que existe está hecho, conformado, por unos cuantos elementos básicos. Unos cuantos entes fundamentales a partir de los cuales todo – si todo – lo que existe en el universo está formado. Estarán de acuerdo en que suena descabellado, demasiado simple ¡Sencillamente absurdo!

atoms1Con la aparición de la ciencia hemos ido adquiriendo un poco de conocimientos acerca de la naturaleza. Tenemos una herramienta que nos permite poner a prueba las ideas, aún las más descabelladas, y ver si tienen algo de razón o si son simplemente erróneas. Aunque estamos de acuerdo en que la idea arriba mencionada es descabellada, no deja de ser interesante y atractiva. De ser cierta podríamos intentar explicar todo lo que nos rodea a partir de sus elementos básicos. Tendríamos la oportunidad de intentar comprender toda esa vasta e intimidante gama de fenómenos a partir de algo simple y sencillo. ¡Es obvio que tenemos que averiguar si la idea tiene algo de sentido!

¿Cómo empezamos? Lo primero que se nos ocurre es agarrar una muestra de algún material y cortarla en trozos lo más pequeños posible. Luego podemos hacer lo mismo con otro material y comparar los trozos. Claro está que para poder cortar los trozos cada vez más pequeños necesitaremos utilizar cuchillos cada vez más delgados y filosos. Llegará un momento en que será imposible utilizar un cuchillo y tendremos que recurrir a algún otro método para cortar. Tendremos que inventar nueva tecnología que nos permita hacerlo.

Los primeros logros en esta dirección se dieron durante el siglo XIX. La química y la física permitieron ir desentrañando una aparente estructura básica en todos los materiales que se analizaban. Con la tecnología de ese momento se empezó a constatar que existían ciertas sustancias que al tratar de dividirlas ya no se podía. Los científicos de la época se apresuraron a determinar si existía un número finito de dichas sustancias y cuáles eran sus propiedades. Así se fueron descubriendo los llamados elementos químicos: sustancias que ya no pueden ser separadas en otras. Sustancias inseparables, indivisibles. Llenos de entusiasmo por tan impresionante descubrimiento, los científicos de la época

se emocionaron y declararon haber encontrado los entes fundamentales a partir de los cuales todo está formado. A las sustancias les llamaron elementos químicos (por ejemplo oro, hidrógeno, tungsteno, etc.) y a los entes fundamentales de cada sustancia átomos (en nuestro ejemplo átomo de oro, de hidrógeno, de tungsteno, etc.).

periodic-coolEntonces, ¿es cierto que los átomos son los bloques básicos fundamentales a partir de los cuales está formado todo? Pues no. Tuvimos un momento de euforia y nos adelantamos a nombrar indivisible a lo divisible y, para que no se nos olvide el error, les hemos dejado el nombre de átomos a esas estructuras que encontramos y que parecían indivisibles. En efecto, todos los objetos que podemos ver están formados de átomos, sin embargo, como veremos en otro momento, los átomos son divisibles en entidades aún más pequeñas: quarks y leptones.

Antes de irnos recordemos que nos trajo hasta aquí. Partimos de la descabellada y absurda hipótesis de que todo lo que existe en el universo está hecho de algunos entes fundamentales básicos. Al descubrir lo que ahora llamamos átomos nos percatamos de que efectivamente todo parece indicar que la hipótesis es correcta. Ahora sabemos que los átomos en realidad si son divisibles y también conocemos de qué están formados. En el camino hemos desarrollado una impresionante cantidad de tecnología que ha podido ser también utilizada en muchas aplicaciones de la vida cotidiana. El ejemplo quizás más evidente es el internet, creado en el CERN, laboratorio donde se ha estudiado este tipo de problemas desde hace décadas. Es asombroso que una idea tan aparentemente ingenua y contraria a nuestra intuición, haya revolucionado nuestro entendimiento de la naturaleza y la forma en que vivimos. Más de las veces la naturaleza nos ha enseñado, a través de su estudio detallado y cuidadoso, que la realidad puede ser muy diferente a nuestras ideas preconcebidas. Casi siempre hemos tenido que cambiar la forma de pensar. En la ciencia se requiere una mente abierta, es decir, una mente inquisitiva, crítica y que además, ante la evidencia confirmada, sea capaz de reconocer que se equivoca.

Entonces, ahora si para poder irnos, les pido el siguiente favor. Piensen en la cosa (objeto) más desagradable que puedan imaginar. Ahora piensen en el objeto más bello y placentero que puedan imaginar. Bueno, ambos, y ustedes, están hechos exactamente de lo mismo.


Planck

abril 2, 2013

expanding_universeEl universo está en expansión. Esto significa que cada instante el universo crece y es más grande, pero no solo eso, ¡bastaba más!, sino que el ritmo con el que crece es cada vez mayor: se expande aceleradamente. Algo interesante es que no sabemos por qué sucede ésto, es un misterio que aún no hemos podido resolver. Lo que si sabemos es que llegará un momento en que todo lo que hay en el universo estará tan separado de todo lo demás, que prácticamente todo terminará solo y aislado (todos los todos utilizados fueron totalmente intencionales). No se podrán ver las galaxias ni prácticamente ninguna estrella. Claro que para cuando eso pase, pensando en términos humanos, ya no habrá ni Sol ni Tierra ni muy posiblemente humanos (ni el plástico que tanto alarma a algunas personas) así que tampoco se preocupen demasiado. Mejor, en caso de que no lo hagan ya, aprovechen el momento y de vez en cuando volteen hacia arriba por las noches, sobre todo cuando no haya Luna. Es maravilloso.

Todo lo visible en el universo está hecho de quarks y leptones, y eso corresponde aproximadamente a un 4% de la energía (materia y energía son prácticamente lo mismo). Del resto de la materia/energía, que por cierto no podemos ver porque no interacciona con la luz y por eso no la incluimos en el universo visible, a un 27% llamamos materia oscura y al 69% restante le llamamos energía oscura. Esta última está asociada a la expansión acelerada del universo y no tenemos idea de qué es. Tampoco sabemos qué es la materia oscura. Sabemos que existe gracias a que interacciona gravitacionalmente, pero no sabemos de qué está hecha. Bueno, sabemos un poco: no está hecha de quarks ni de leptones, pero hasta ahí llegamos. Tenemos varias ideas y propuestas para explicar la materia oscura y actualmente se están llevando a cabo varios experimentos alrededor del mundo tratando de confirmarlas, pero todavía no sabemos. Es un misterio y por lo tanto un problema abierto que está ahí esperando a alguien que lo pueda resolver. Por cierto, una de mis propuestas ya fue descartada con el descubrimiento del Higgs hace unos meses (pero no lloro, me aguanto).

Una aclaración: es importante mencionar que les llamamos “oscuras” gracias a nuestra inmensa capacidad lírica – y porque no interaccionan con la luz. Si, a veces nos pasamos.

Entender la materia oscura es fundamental para poder explicar cómo es que se formaron las estructuras de materia que existen en el universo, como por ejemplo los grandes cúmulos de galaxias. Cuando los cosmólogos y astrofísicos tratan de reproducir el universo con sus modelos matemáticos y sus super clusters de computadoras, necesitan tener información lo más precisa posible para poder simular la evolución del universo y determinar si sus teorías y modelos funcionan. Me gusta verlos sufrir cuando después de varias semanas de estar “corriendo” sus programas en sus super computadoras, descubren que se les olvidó incluir alguna cosita y tienen que empezar de nuevo (definitivamente no es un buen momento para ir a sus oficinas e invitarles un café, no lo toman muy bien). Recuerdo por ejemplo cuando César Terrero, colega cosmólogo de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Colima, al estar corriendo unos programitas en una computadora de escritorio, la quemó – literalmente – la computadora empezó a sacar humo por todos lados y el edificio adquirió un aroma maravilloso. Por supuesto que lo mejor de todo fue, insisto, verle la cara.

planck-satelliteHace unos días empezaron a salir finalmente los resultados obtenidos por el satélite europeo Planck (llamado así en honor a Max Planck), el cual estuvo recabando información mientras orbitaba el planeta durante los últimos años. De la información recabada han empezado ya a salir los datos más precisos hasta hoy en lo referente a la densidad de energía oscura, materia oscura y materia “ordinaria” (de la que estamos hechos nosotros), entre otras cosas. Las implicaciones de los datos obtenidos apenas se empiezan a analizar con detalle por científicos en todo el mundo. De manera preliminar todo apunta a que se sigue reforzando, cada vez de manera más detallada, la teoría del Big Bang, incluyendo una pieza muy importante que se llama inflación y que hasta ahora aún no ha sido completamente verificada (después les platico qué es inflación, pero por ahora comento que no tiene nada que ver con economía). Planck sin embargo parece darle mucho sustento y la raza (léase cosmólogos) está muy entusiasmada. Veremos que pasa en los siguientes meses en que los expertos de todo el mundo utilicen estos nuevos datos para hacer sus estudios.

Por lo pronto esta situación a lo mejor forzará a Omar, estudiante de César, a tener que trabajar el doble para terminar su tesis de licenciatura. ¿Porqué? Pues simplemente porque no pudo terminar de correr sus programitas antes de que Planck sacara sus nuevos datos y ahora seguramente tendrá que modificar sus códigos para incluirlos. Y desde luego los demás simplemente disfrutaremos verlo un poquito estresado. ¡Ah! Lo bello de trabajar en temas de relevancia actual.

twitter: @alfredoaranda

facebook: Fefo Aranda


Higgs

marzo 28, 2013
Partículas elementales al 2013

Partículas elementales al 2013

En los últimos cien años hemos descubierto que todo lo que podemos observar en el universo está hecho a base de únicamente doce partículas fundamentales: leptones (electrón, muón, tau, neutrino electrón, neutrino muón y neutrino tau) y quarks (up, down, charm, strange, top y bottom). La forma en que estas partículas se agrupan e interaccionan entre sí está regida por las fuerzas que existen en la naturaleza y sabemos de al menos cuatro: gravitacional, electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil. En el mundo microscópico solo las últimas tres son relevantes ya que la gravedad es extremadamente débil como para jugar un rol. Cada una de ellas se manifiesta a través de la existencia de otras partículas que son llamadas mediadoras de las interacciones y que llamamos fotón (asociado a la interacción electromagnética), las partículas Z, W+ y W- (asociadas a la interacción nuclear débil) y 8 partículas llamadas gluones (asociadas a la interacción nuclear fuerte).

La existencia de todas estas partículas ha sido verificada en múltiples experimentos realizados en varios aceleradores alrededor del mundo durante los últimos 100 años. La última de estas partículas en ser producida y detectada en un experimento fue el neutrino tau, cuya existencia fue confirmada hace poco más de 10 años.

Estas partículas son los componentes básicos del universo visible. Para entender cómo es que se pueden producir y cómo pueden formar todo lo que observamos, fue necesario diseñar un marco matemático basado en las leyes físicas que gobiernan las interacciones entre ellas. En otras palabras, tuvimos que construir la teoría a través de la cual se pudiera entender lo que sucede. En física la palabra teoría se refiere a la serie de leyes y relaciones matemáticas que describen, de manera verificable, los diferentes fenómenos naturales. A diferencia de otras disciplinas del conocimiento, en la física las teorías no son cuestiones de opinión ni discurso. Las teorías, para ser consideradas válidas, tienen que explicar los observado y hacer predicciones específicas de nuevos fenómenos que permitan invalidarlas si éstos no ocurren. Una característica de las teorías es que siempre son incompletas y su rango de validez es limitado. Siempre están en crecimiento y mejora. Muchas de ellas están basadas en modelos que comienzan simplificando la naturaleza y poco a poco se van complicando y/o perfeccionando. En otras palabras, las teorías verificadas y válidas representan el conglomerado de conocimiento científico hasta el momento.

Sheldon Glashow with Abdus Salam and Steven Weinberg

Sheldon Glashow con Abdus Salam y Steven Weinberg en la ceremonia del Nobel.

La teoría que describe todo lo relacionado con las partículas fundamentales se conoce como el Modelo Estándar (ME) y está basado en la conjugación armónica de los dos grandes desarrollos científicos del siglo pasado: la mecánica cuántica y la relatividad especial. El ME fue construido el siglo pasado por varias personas entre las que destacan de manera importante los físicos Steven Weinberg, Sheldon Glashow y Abdus Salam. El ME es extremadamente exitoso y describe con una precisión increíble todas las observaciones realizadas en todos los experimentos. Es el modelo más preciso y de mayor alcance jamás hecho por el ser humano.

Bueno, eso lo sabemos hoy, después de décadas de experimentos minuciosos que así lo atestiguan. Sin embargo, cuando fue propuesto por primera vez, hace alrededor de 40 años, tenía un pequeño problema. El ME predecía que ninguna partícula fundamental debería tener masa, mientras que los experimentos mostraban que muchas de las partículas tenían (tienen) masa. No era un problema sencillo ya que significaba que el ME, aunque atractivo, en realidad no servía. De hecho muchos científicos no lo tomaron en cuenta al inicio precisamente por esa predicción descabellada e incorrecta. ¡Obviamente estaba mal!

Peter Higgs (1954)

Peter Higgs (1954)

Cuando un modelo es incorrecto existen dos posibles caminos: desecharlo y crear otro, o hacer modificaciones y ver si se puede corregir. Cuál camino se sigue depende de muchos factores. Puede ser que a alguien se le ocurra generar ideas completamente nuevas, lo cual es siempre difícil aunque ocurre con frecuencia, o puede ser que alguien vea una posible modificación que resuelva el problema sin tener que cambiar todo. Es como si se nos rompe un pantalón; si el agujero no es muy grande, es posible que en lugar de tener que comprar otro, podamos colocar un parche. Por otro lado, si el agujero es enorme, o si se sigue rompiendo en varias partes hasta que tengamos mas parches que pantalón, entonces será evidente que la solución será buscar un pantalón nuevo. En el caso del ME lo que sucedió fue que Peter Higgs , un físico británico, encontró un parche que corrige el problema de la masa en el ME. Higgs sugirió la existencia de otra partícula que de existir, implicaría la existencia de masa para las partículas fundamentales. La solución era lo suficientemente atractiva y encajaba lo suficientemente bien con el ME que la mayoría de los científicos involucrados la tomaron en serio, además de que el pantalón estaba muy bonito y era difícil desecharlo.

Pero recordemos que en la física es necesario que las ideas sean verificadas. La solución del problema, llamada mecanismo de Higgs, implicaba la existencia de una partícula y debería ser observada en algún experimento. Se le empezó a buscar con ahínco inmediatamente. No se le encontró en los primeros intentos. Ni en los segundos. Ni en los terceros. Tuvieron que pasar casi 40 años para encontrarla.


Va de nuez, o más bien de plátano…

marzo 25, 2013
Hace tiempo publiqué esta entrada en el blog y me han pedido las multitudes que la rescate. Here it goes:

radioactive_bananasSabemos que para producir antimateria se requiere de experimentos muy sofisticados y caros ¿verdad?

Hace poco leí algo cotorrón sobre la producción de positrones (anti-electrones) y me puse a verificar a ver si era cierto. El enunciado a verificar es el siguiente: un plátano produce un positrón aproximadamente cada 75 minutos.

Veamos si es cierto:

Todos sabemos (!?!) que los plátanos tienen potasio. El potasio cuenta con una cierta cantidad de isótopos, es decir, potasios a los que se le han agregado o quitado neutrones. El potasio normal tiene en su núcleo 19 protones y 20 neutrones y lo llamamos ^{39}K. Estos átomos son estables, lo que quiere decir que una vez formados son eternos (a menos que algo externo los destruya, por supuesto). Así, si el átomo captura un neutrón obtenemos el isótopo ^{40}K y si captura $2$ neutrones obtenemos ^{41}K, y así hasta llegar a ^{55}K (después de esto ya no puede capturar más neutrones).

Bueno, pues resulta que el isótopo ^{41}K es también estable, mientras que todos los otros isótopos son inestables y tienen semividas  pequeñas (de milisegundos a horas) excepto el isótopo inestable ^{40}K que tiene una semivida de 1.277 \times 10^9 años.

El potasio que podemos encontrar en el planeta Tierra fue formado hace aproximadamente 4500 millones de años, es decir hace 4.5 \times 10^9~años y por lo tanto aún existe ^{40}K de manera natural.

La abundancia relativa de estos tres es (lo encontré en la red):

^{39}K con una abundacia relativa de 93.2581\%

^{41}K con una abundancia relativa de 6.7302\%

^{40}K con una abundancia relativa de 0.0117\%

Bien, entonces si un plátano tiene potasio, lo tiene en estas tres variedades. El ^{40}K es inestable, como hemos mencionado, entonces, es posible que decaiga cuando estamos a punto de comernos el plátano. La siguiente pregunta es en qué decae. Resulta que el 89.28 (13)\% de las veces decae a través del decaimiento \beta^{-}, el 10.72(13)\% de las veces captura un electrón y se convierte en argón. Sólo 1 en 10^{5} decaimientos emiten un positron (lo busqué en la red).

Un plátano (promedio) tiene 467.28 mg de potasio (lo encontré en la red), aproximemos como 0.5 g que corresponden a 7.7\times 10^{21} átomos, de los cuales sólo el 0.0117\% son de ^{40}K, es decir, \approx 9 \times 10^{17} átomos de ^{40}K.

Con esta información podemos calcular el número de positrones emitidos en un año:

Llamemos N_0 al número inicial de átomos de ^{40}K en nuestro plátano:  N_0= 9 \times 10^{17}.

Llamemos a la semivida de ^{40}K t_{1/2} (recordemos que t_{1/2}=1.277\times 10^{9} años).

Entonces, at tiempo t tendremos que el número de átomos restantes (llamado simplemente N(t) es:

N(t)=N_0 2^{-t/t_{1/2}}.

Por lo tanto el número de positrones emitidos, N_{e^{+}}(t), al tiempo t será:

N_{e^{+}}(t) = 10^{-5}(N_0 - N(t)) =10^{-5} N_0 (1- 2^{-t/t_{1/2}}).

En un año obtenemos que N_{e^{+}} \approx 4885.

Por lo tanto nuestro plátano emite un positrón aproximadamente cada 108 minutos.


Matthias

septiembre 12, 2012

Hace 6 años, Matthias Neubert (Mainz University) visitó Colima para participar en el workshop del Dual CP Institute of High Energy Physics (nuestro instituto de física de partículas DCPIHEP) como lecturer. Lo invité porque cuando estudiante de doctorado, tuve la oportunidad de asistir a algunas de sus exposiciones y me encantaron. Ahora, después de ese tiempo, lo volvimos a invitar a que diera unas lectures en la XV School on Particles and Fields que se está celebrando en Puebla. Hoy dio su primera clase y estuvo sensacional. Logró una revisión muy completa y clara de la física del sabor en el modelo estándar. Mañana continua con dos lectures que prometen estar muy buenas.

 


Colliders….

septiembre 11, 2012

Acaban de terminar las lectures de Lian-Tao Wang sobre colliders: Superb!

Estuvieron tan buenas que pretendo retomarlas llegando a Colima y repasarlas en detalle. Están invitados!

Mañana sigue el programa y luce prometedor. Espero que Javier pronto nos comparta nuevos comentarios sobre la escuela.

A dormir….


Charlas y lectures de la XV School On Particles and Fields

septiembre 7, 2012

Un comentario: el título de la escuela es XV School on Particles and Fields. Es un error común de traducción el poner “of” en lugar de “on” y desafortunadamente en la misma página oficial (indico) de la escuela, pusieron el “of” …
En este link pueden descargar los archivos de las charlas y lectures….. https://indico.nucleares.unam.mx/conferenceTimeTable.py?confId=653#20120906
Saludos…


Neutrinos

agosto 21, 2012

En un par de semanas se llevará a cabo la Escuela (XV) de la División de Partículas y Campos de la Sociedad Mexicana de Física en la ciudad de Puebla. La escuela está orientada a estudiantes de doctorado y tiene el propósito de presentar algunos de los temas más relevantes en la actualidad. Aparte de las “lectures”, que este año prometen estar muy buenas, habrá una serie de pláticas de revisión sobre diferentes temas. Tengo la fortuna de que me hayan invitado a dar una de estas charlas sobre el tema de la física de los neutrinos.

Me da gusto esta oportunidad por varias razones. Una de ellas es que los neutrinos me parecen las partículas más intresantes de todas, y por interesante me refiero a que a mi punto de vista son las partículas que más nos han hecho equivocarnos con la intuición. Desde su postulación en los década de los 30’s del siglo pasado, hasta hoy, los neutrinos siempre han estado involucrados en los avances de la física de partículas y siempre sorprendiendo. Para empezar, cuando se propusieron, nadie pensaba que pudieran observarse, es decir, detectarse y confirmar su existencia. La teoría sugería, por necesidad, que estas partículas atravesarían, en promedio, una barrera de plomo del ancho del sistema solar ¡sin interaccionar (y por lo tanto sin ser detectada)! Ésto desde luego no detuvo el ingenio ni la perseverancia de muchas personas que eventualmente lograron su detección.

Existen en la actualidad una docena de laboratorios en el mundo diseñados exclusivamente para el estudio de las propiedades de los neutrinos. En los últimos 10 años hemos sido capaces de obtener más información sobre esas partículas y – casi siempre – con un resultado que la mayoría no pensaba. Recuerdo por ejemplo cuando estaba trabajando en mi doctorado, aún no se sabía si los neutrinos tenían masa. Si la tenían, los neutrinos estaban forzados a participar en un fenómeno que se conoce como oscilación, y de hecho, lo que se buscaba era precisamente esas oscilaciones, que de confirmarse, implicarían que los neutrinos son masivos. Así pués, en esa época, los experimentos buscaban esas oscilaciones y existían dos regiones posibles (es decir,  no descartadas) en las que la oscilación podía existir, solo había que buscarlas ahí. De esas dos regiones había una que implicaba que los neutrinos oscilaban de manera muy parecida a los quarks, y otra en la que las oscilaciones eran muy distintas. Recuerdo que la mayoría esperábamos que finalmente, cuando se lograra hacer los experimentos, el resultado sería el de la región similar a los quarks. ¿porqué? Pues por pendejos, es decir, por la misma razón que alguna vez pensamos que la Tierra era el centro del sistema solar, y luego que no, que el Sol, y luego que no, etc.

Y pos no. Resultó, a la “sorpresa” de todos, que los neutrinos oscilan con propiedades distintas a los quarks. Y eso fue bueno.

Actualmente sabemos algunas cosas sobre los neutrinos pero desconocemos aún más. Por ejemplo: sabemos que son masivos (existen tres neutrinos distintos, en realidad sabemos con certeza que al menos dos son masivos) pero no sabemos cuánta masa tiene cada uno. Los neutrinos son fermiones, es decir, partículas con spin 1/2,. Pero no sabemos si son como todos los otros fermiones que conocemos (electrón, muón, tau, los quarks) que son de spin 1/2 y que tienen cada uno de ellos una antipartícula (y que les llamamos fermiones de Dirac, en honor a Dirac), o si los neutrinos son su propia antipartícula (a lo que llamamos fermion de Majorana, obviamente en honor a Majorana). Los neutrinos son las partículas (detectadas 😉 ) más abundantes en el universo, y sin embargo, su rol cosmológico tiene aún varios misterios e incógnitas. Por ejemplo, alunos resultados recientes indican que la participación de los neutrinos en la formación de la estructura (galaxias y cúmulos de galaxias) implica la existencia de cuatro, no de tres, neutrinos. Esto está en tensión con los resultados obtenidos en aceleradores (que requieren de tres) a menos que exista otro neutrino llamada “estéril” que no interaccione con prácticamente nada de lo que conocemos (no, por favor no vayan a pensar que se trata de un fantasma o de ángeles, no.). Existen teorías que postulan la existencia de bichos así y que además, porque así debe ser, hacen predicciones sobre fenómenos que sucederían si dichas bestias existieran. Y se les anda buscando.

En fin, que de ésto (y aquello) hablaré en Puebla y ya les contaré cómo me fue.