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El zoo de las partículas elementales
En la física de partículas, el término zoológico de partículas es usado coloquialmente para describir una relativamente larga lista de las partículas elementales conocidas que se asemejan a cientos de especies en un jardín zoológico.
La situación era particularmente confusa en los últimos años de la década de 1960, antes del descubrimiento de los quarks, cuando cientos de partículas de interacción fuerte (hadrones) eran conocidas. Se aceptó más tarde que no eran elementales sino que eran compuestos de los quarks.
El modelo estándar explica las partículas del zoológico como partículas compuestas a partir de un número razonablemente reducido de partículas elementales. Por su parte, la altamente especulativa [teoría de cuerdas]], sugiere que todas las partículas del zoológico tienen un ancestro común, una «cuerda vibrante» (es decir, una perturbación del espacio-tiempo «ampliado» de dicha teoría).
Fuente: Wikipedia
España no es una nación, sino un estado de ánimo cuántico
La dualidad onda-partícula de De Broglie se manifiesta aquí como la dualidad pérdidas-ganancias de Rodrigo Rato. En una misma semana, Bankia puede anunciar ganancias de 41 millones y pérdidas de 3318 sin que colapse el Universo ni nadie acabe en la cárcel.
La paradoja del gato de Schrödinger se conoce en estas tierras como la paradoja del paquidermo y el Borbón. No sabes si el elefante está vivo o muerto hasta que el rey se rompe la cadera y tiene que hacer público el safari.
La única regla cuántica que nuestro gobierno ha destrozado es el principio de incertidumbre de Heisenberg. Si Mariano anuncia algo (por ejemplo, no subir los impuestos o no recortar en sanidad y educación), existe la certeza absoluta de que hará todo lo contrario en menos de tres meses.
Fuente: Principia Marsupia
Nuevo récord en comunicaciones cuánticas
Investigadores de la Universidad Nacional de Australia han dado un salto cualitativo hacia el desarrollo de la próxima generación de redes super-rápidas, necesarias para impulsar la informática en el futuro. Seiji Armstrong, un investigador doctorado en el Departamento de Ciencia Cuántica en el College ANU de Ciencias Físicas y Matemáticas, ha liderado un equipo que ha desarrollado una técnica que permite que la información cuántica viaje con mayor ancho de banda mediante un haz de luz y el fenómeno llamado entrelazamiento.
La investigación de Armstrong se publica en Nature Communications. «En términos generales, el entrelazamiento es cuando dos cosas están relacionadas de alguna manera para que al medir una de ellos, se puede inferir información sobre la otra. Esto es importante porque sin ella es imposible teletransportar información cuántica», dijo Armstrong.
«Esta peculiaridad fue descubierta por Einstein en 1935 y desde finales de 1980 se comenzó a sugerir que el entrelazamiento puede ser útil para el tratamiento de la información. Resultó que por la codificación la información en los sistemas que se entrelazan permite realizar cálculos que son inviables para los ordenadores normales».
El problema es que nos dimos cuenta de que los experimentos de entrelazamiento alrededor del mundo se estaban poniendo muy complicados. Cada modo de entrelazado de luz requiere su propio rayo láser, así como toda una serie de otros equipos. Teniendo en cuenta que un ordenador cuántico necesitaría cientos o miles de estados entrelazados de luz, esto se complicó increíblemente. «Armstrong dijo que su investigación drásticamente simplifica este proceso.» Hemos sido capaces de entrelazar ocho modos cuánticas de la luz dentro de un haz de láser, un práctica que solía requerir ocho haces separados «, dijo.» Nuestra investigación también es una primicia mundial, ya que el anterior mejor entrelazamiento era de cuatro modos de luz láser, logrado en 2011. Nuestra investigación muestra que es posible crear un haz de luz de ancho de banda relativamente amplio con una gran cantidad de información cuántica en él».
Fuente: Nature Communications
Primera demostración de un ‘router’ cuántico
El pasado viernes día 3, Xiuying Chang y algunos compañeros de la Universidad de Tsinghau en China anunciaron haber construido y probado el primer router cuántico capaz de utilizar una señal de control cuántica para determinar la ruta de una señal de datos cuántica. «Es… la primera demostración de prueba de principio de un verdadero router cuántico», aseguran.
En este nuevo dispositivo, la información está codificada en la polarización de los fotones, ya sea de forma horizontal o vertical. El grupo chino comienza creando un solo fotón en una superposición de estados de polarización horizontal y vertical.
A continuación, convierten ese fotón en un par de fotones de menor energía que se enredan, un proceso llamado conversión paramétrica a la baja. Ambos fotones están también en una superposición de estados de polarización.
El router funciona mediante el uso de la polarización de uno de estos fotones como señal de control para determinar la ruta de la otra, la señal de datos. El dispositivo es simple, poco más que una colección de medio espejos para orientar fotones y placas de onda para la rotación de la polarización.
En primer lugar se sigue la ruta del fotón de datos, que está determinada por un conjunto de medio espejos que la envían de una forma u otra, dependiendo de su polarización. El truco está en configurar el router para que la polarización del fotón de control influya esta ruta.
El grupo chino lo consigue mediante la rotación de la polarización de los fotones de control utilizando placas de medio y un cuarto de onda, a medida que el fotón de datos llega a los medio espejos. El fenómeno cuántico del entrelazamiento asegura entonces que el fotón de datos sea dirigido en consecuencia. En efecto, el router funciona como una puerta lógica.
Por supuesto, el éxito del enrutamiento es una probabilidad como todos los otros fenómenos cuánticos. Chang y compañía han terminado su experimento verificando aquellas características que resultan parecidas a las de una puerta lógica del router, y garantizando que ambos fotones siguen enredados aún después de pasar por ella.
Este es un paso interesante hacia adelante, aunque el nuevo router tiene limitaciones significativas. La más importante es que puede manejar solamente un bit cuántico (o qubit) a la vez. Y puesto que el proceso de la conversión paramétrica a la baja no puede manejar más qubits, no se puede ampliar a un mayor número de qubits.
Ese es un inconveniente importante. Significa que se trata de un dispositivo de prueba de principio pero que no supondrá la base de un futuro Internet cuántico.
En cierto sentido, es un poco como los primeros ordenadores cuánticos basados en resonancia magnética nuclear para manipular los espines de las moléculas en una tina de acetona. Realizaban cálculos triviales con un puñado de qubits, pero no podía ampliarse la escala para hacer algo interesante.
Eso no quiere decir que nunca lleguemos a tener routers cuánticos escalables. Varios grupos están trabajando en diferentes enfoques que tienen el potencial de poder ser ampliados. El progreso es constante, pero lento.
Fuente: arxiv.org/abs/1207.7265: Experimental Demonstration Of An Entanglement-Based Quantum Router
Discordia cuántica como recurso para la preparación del estado entrelazado a distancia
Una característica fundamental de la física cuántica es el hecho de que dos o más partículas presentan correlaciones más fuertes que las clásicamente permitidas. Esta característica única se aplica particularmente al entrelazamiento cuántico: tan pronto como el estado cuántico de una partícula se mide el estado de su pareja entrelazada se establece independientemente de la distancia entre los dos partículas entrelazadas. Esta característica permite la preparación remota del estado cuántico, que es un ingrediente esencial para las aplicaciones en la comunicación cuántica, criptografía cuántica y computación cuántica.
El grado de entrelazamiento se utiliza a menudo como una figura de mérito para determinar su utilidad para las tecnologías cuánticas. Los sistemas fuertemente entrelazados, sin embargo, son muy sensibles a la influencia extrínseca y difíciles de preparar y controlar. Un equipo de investigadores dirigido por los físicos Caslav Brukner (teoría) y Philip Walter (experimento) en la Universidad de Viena han sido capaces de demostrar que con el fin de lograr con éxito el entrelazamiento a distancia la preparación del estado no es la única manera de avanzar. Bajo ciertas circunstancias, estados no entrelazados pueden superar a sus contrapartes entrelazados para tareas, siempre que tengan una cantidad significativa de la denominada»discordia cuántica». Esto es nuevo y todavía no se entiende completamente como la medida de las correlaciones cuánticas cuantifica la alteración de las partículas correlacionadas cuando se están midiendo.
En sus experimentos, los investigadores utilizaron una variedad de estados de dos fotones con correlaciones de polarización diferentes. «Al medir el estado de polarización de un fotón determinado preparamos el estado del fotón socio correspondiente de forma remota», explica Walther. «En el experimento se observa como la calidad de nuestro estado cuántico remotamente preparado se ve afectada por los cambios en la discordancia cuántica».
Este trabajo proporciona un paso importante y significativo hacia futuros esquemas de procesamiento de información cuántica que se basan en recursos menos exigentes.
La investigación se llevó a cabo como una colaboración entre la Facultad de Física de la Universidad de Viena y el Centro de Viena para Ciencia y Tecnología Cuántica (VCQ), el Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica (IQOQI) de la Academia Austríaca de Ciencias, el Centro para Tecnologías Cuánticas de la Universidad Nacional de Singapur y la Universidad de Oxford.
Fuente: University of Vienna
Gracias a la física cuántica, la computación en la nube es segura
Muchas empresas continúan con su empuje para llevarnos a confiar nuestros datos a la nube, hay todavía muchos usuarios preocupados por la seguridad de cloud computing basados en servicios. Ahora un equipo internacional de científicos ha demostrado que la computación en la nube totalmente segura es posible al combinar el poder de la computación cuántica con la seguridad de la criptografía cuántica. Llevaron a cabo lo que ellos dicen la primera demostración de la «computación cuántica ciega», en la que se llevó a cabo una computación cuántica con la entrada, cálculo y salida desconocidos para todos, y por lo tanto, también para los espías.
Si bien se espera que los ordenadores cuánticos desempeñen un papel importante en el procesamiento de información en el futuro, algunos creen que – al igual que los superordenadores de hoy – que se limitarán a unos pocos centros especializados de todo el mundo. Si bien esto trae a la mente la cita que más a menudo se atribuye al presidente de IBM Thomas Watson en 1943, «Creo que hay un mercado mundial para quizás cinco computadoras», dadas las dificultades inherentes a la construcción de los dispositivos cuánticos, hay muchas posibilidades de este escenario suceda – al menos a corto plazo.
El equipo de investigación internacional que trabaja en el Vienna Center for Quantum Science and Technology (VCQ) de la Universidad de Viena y el Institute for Quantum Optics and Quantum Information (IQOQI) dice que la física cuántica permitirá a los usuarios remotos de las instalaciones de este tipo enviar y recibir datos privados y la seguridad de saber que está protegido de las miradas indiscretas.
Los investigadores describen el proceso: «El usuario debe preparar los qubits, las unidades fundamentales de los ordenadores cuánticos – en un estado que sólo él conoce y envía estos qubits para el ordenador cuántico La computadora cuántica entrelaza los qubits de acuerdo con un esquema estándar.
«El cálculo real se basa en la medición: el procesamiento de información cuántica se implementa por medio de mediciones sencillas sobre qubits. Los usuarios diseñan las instrucciones de la medida al estado particular de cada qubit y los envían al servidor cuántico.
«Finalmente, los resultados del cálculo se envían de vuelta al usuario para que pueda interpretarlos y utilizar los resultados de la computación. Incluso si el ordenador cuántico o un espía, intenta leer los qubits, no obtienen información útil, sin conocer el estado inicial , sino que son ‘ciegos’ «.
Los investigadores hicieron lo que ellos creen es la primera demostración experimental de este proceso de la computación cuántica ciega mediante la codificación de los datos utilizando fotones. Estos son muy adecuados para tareas como operaciones de computación cuántica que pueden llevarse a cabo en ellos y pueden ser transmitidos rápidamente a largas distancias.
«La física cuántica resuelve uno de los principales desafíos en la computación distribuida. Se puede preservar la privacidad de los datos cuando los usuarios interactúan con los centros de computación a distancia», dice Stefanie Barz, autor principal del estudio, que aparece en la revista Science.
Fuente: University of Vienna
Problema clásico se convierte en indecidible en un entorno cuántico
Como un testimonio de cómo funcionan las cosas de manera diferente en los regímenes clásico y cuántic,o los físicos han descubierto que un problema que se resuelve fácilmente en un contexto clásico no puede ser resuelto en absoluto en un contexto cuántico. Los físicos creen que la misma situación se aplica a muchos otros problemas similares, que podrían tener implicaciones para las aplicaciones de computación cuántica y los modelos cuánticos de muchos cuerpos, que describen los sistemas microscópicos.
Los físicos Jens Eisert y Christin Gogolin de la Free University of Berlin en Alemania, junto con Markus P. Müller, del Perimeter Institute for Theoretical Physics en Waterloo, Ontario, Canadá, han publicado su estudio en un número reciente de la revista Physical Review Letters.
«Presentamos una nueva vuelta de tuerca de hechos presentes en la mecánica cuántica, ausentes en su contraparte clásica: Somos capaces de demostrar que las preguntas muy naturales, razonables acerca de la medida cuántica son, curiosamente, indecidibles», dijo Eisert «Al mismo tiempo, el problema clásico que se corresponde es decidible.»
El problema en cuestión implica un dispositivo de medición que genera una cualquiera de varias salidas, dependiendo del resultado de la medición. El estado de la salida se alimenta entonces de nuevo en el dispositivo como la entrada, dando lugar a una nueva salida, y el proceso se repite. La pregunta es si existen secuencias finitas de los resultados de mediciones que nunca se producen.
«El problema, como tal, es simple – se limita a preguntar si ciertos resultados pueden ocurrir en las mediciones cuánticas», dijo Eisert.
Cuando se utiliza un dispositivo de medición clásica, los físicos demostrar que siempre se puede encontrar un algoritmo que puede responder o no alguno de sus productos con cero probabilidad de existir. Así, en un contexto clásico, el problema es decidible.
Sin embargo, cuando se utiliza un dispositivo de medición cuántica, los físicos demuestran que no puede haber un algoritmo que siempre ofrece la respuesta correcta, por lo que el problema se vuelve irresoluble. Los científicos explican que la indecidibilidad surge de la interferencia cuántica en el dispositivo, lo que implica que, al menos en este escenario, la indecidibilidad que parece ser una propiedad cuántica genuino.
«En cierto modo, se puede decir que es indecidible si ciertos procesos son permitidos por la mecánica cuántica o no, una situación muy desconcertante», dijo Eisert.
Para llegar a esta conclusión, los físicos se dirigieron a un problema de cálculo bien conocido llamado el problema de la detención, que fue presentado por Alan Turing en 1936. El problema es determinar si un programa que recibe una entrada con el tiempo se termina de ejecutar, es decir, «pone fin», o si el programa seguirá funcionando para siempre. Turing demostró que no existe algoritmo único que puede resolver este problema para todas las entradas posibles, por lo que el problema es indecidible. Entre las implicaciones del problema de la parada, una se relaciona con el teorema de incompletitud de Gödel famosa en matemáticas.
En el estudio actual, los físicos han demostrado que, si el problema de la medición cuántica trata de salidas imposibles siempre puede ser resuelto por un algoritmo, a continuación, un algoritmo debe existir también que podría resolver todos los casos del problema de la detención – que Turing demostró que no es posible .
Además de ser un interesante ejemplo de la complejidad del mundo cuántico, los resultados podrían ser ampliadas para mostrar que los problemas en otras áreas son indecidibles, también. Por ejemplo, una descripción matemática similar se aplica a los hilos cuánticos utilizados en los dispositivos basados en la medición de computación cuántica, lo que sugiere que ningún algoritmo puede identificar las secuencias de los resultados de medición que nunca ocurrirá. La indecidibilidad también puede ocurrir con frecuencia en problemas de muchos cuerpos. En estos casos, a sabiendas de que algunos problemas son indecidibles podría dar a los físicos una nueva perspectiva de estos problemas.
«Establecemos un vínculo nuevo entre la física cuántica y la ciencia de la computación: Algunos problemas no son sólo computacionalmente difíciles de decidir (por ejemplo, la búsqueda de estados fundamentales cuánticos de cristales de muchos cuerpos pueden ser modelos de CMA-duro), es absolutamente imposible decidir, con todo el poder computacional disponible y funcionando todo el tiempo disponible en el mundo, como una cuestión de principios! «, dijo Eisert. «Una computadora tratando de hacer esto, simplemente se ejecuta y sigue, y sigue…. Este sorprendente hecho pone de relieve una faceta novedosa de la mecánica cuántica, que antes era desconocid. aAdemás, muestra que no sólo los problemas académicos sobre las máquinas de Turing en ciencias de la computación pueden ser indecidibles, pero de hecho, la naturaleza, física e intuitiva, es así.
En el futuro, los físicos tienen la intención de explorar la posibilidad de utilizar la indecidibilidad como una «herramienta de prueba» para la validación de las ideas.
«Todo podría equivaler a una herramienta de prueba nueva y poderosa», dijo Eisert. «Es decir, si se ud encontrar el resultado intrigante que es indecidible si un estado es destilable o no, se podría haber resuelto el problema sobre la existencia de estados NPT entrelazados [un problema que tiene implicaciones para la teoría cuántica de la información] en una manera muy indirecta.
«Hay una gran cantidad de trabajo interesante que hacer. Entonces, podemos entender un poco más claramente lo que realmente dice acerca de la mecánica cuántica como una teoría física y lo que dice acerca de la naturaleza como tal».
Más información: J. Eisert, MP Müller, y Gogolin C.. «Ocurrencia de medición cuántica es indecidible». PRL 108, 260501 (2012). DOI: 10.1103/PhysRevLett.108.260501
Preguntas y respuestas para entender (por fin) sobre el bosón de Higgs
1) ¿Qué es un bosón?
Los físicos clasifican las partículas del Universo en dos clases: bosones y fermiones. La partícula de Higgs tiene las propiedades que corresponden a los bosones, por eso se les llama así. En realidad, podría llamarse partícula de Higgs, pero todos lo conocen como bosón de Higgs.
2) ¿Qué hacen los bosones en la naturaleza?
Los bosones son las partículas que transmiten las fuerzas fundamentales del Universo. Las interacciones electromagnéticas (ondas de radio, rayos X, luz visible) se transmiten gracias a los fotones. Se cree que las fuerzas gravitatorias se transmiten por medio de un bosón llamado gravitón, que todavía no ha sido descubierto. Hay otros bosones que explican las fuerzas nuclear fuerte (gluones) y débil (bosones Z, W).
3) A mí me explicaron en el colegio que el átomo tenía protones, neutrones y electrones. ¿Dónde encaja el bosón de Higgs?
Durante el siglo XX, los físicos de partículas fueron más allá del modelo clásico del átomo (neutrones, protones, electrones) y descubrieron una gran cantidad de partículas subatómicas. El llamado Modelo Estándar intenta describir sus propiedades. Pero hay una pregunta que nunca se ha podido responder con claridad: ¿por qué las partículas tienen la masa que tienen? Peter Higgs postuló hace medio siglo que todo el Universo estaría inmerso en algo llamado campo de Higgs. Las partículas de Higgs (vale, los bosones de Higgs) serían los representantes de dicho campo, interactuando con las demás partículas y dotándolas de masa. Si el protón tiene más masa que el electrón, es porque interactúa con mayor fuerza con el campo de Higgs. De ahí la importancia de encontrar el bosón de Higgs y determinar sus propiedades. No se trata de una partícula más.
4) ¿Campo de Higgs? ¿Qué es eso?
Los físicos llaman campo a una región del espacio donde se manifiestan fuerzas. Hablamos de campo gravitatorio porque sentimos fuerzas debidas a la gravedad. Las fuerzas se transmiten por medio de bosones. El campo de Higgs está repleto de bosones de Higgs, que son los que actúan como mediadores entre el campo y el resto del Universo. Podemos imaginar que, si el agua de una piscina representa al campo de Higgs, los bosones de Higgs serían las moléculas que componen el agua.
5) ¿Cómo hace el bosón de Higgs para darle masa a las partículas?
Una partícula se moverá con mayor o menor facilidad según interactúe más o menos con los bosones de Higgs. Cuanto mayor será esa interacción, más difícil le resultará a una partícula atravesar el campo de Higgs y, por tanto, el efecto será que su masa será mayor. Para entenderlo, imaginemos que estamos en una gran sala con muchas personas, se está dando una fiesta y todos lo pasan bien. En un momento dado, Iniesta hace su entrada. Los asistentes a la fiesta le rodean, quieren hacerse una foto con él, le felicitan, le estrechan la mano, y todo eso hace que a Iniesta le cueste mucho llegar hasta la mesa con los canapés. A continuación, entra el típico pelmazo con el que nadie quiera hablar, al que llamaremos Mariano. Cuando lo ven entrar, la gente se aparta, hacen como que hablan unos con otros y le dan la espalda, nadie quiere “interactuar” con él, de forma que Mariano no encuentra impedimento para atravesar la sala. Así, las partículas de Higgs (las personas) que forman el campo (la sala) hacen que las partículas tipo Iniesta viajen lentamente, como si tuviesen una gran masa, mientras que las partículas del tipo Mariano atraviesan el espacio con facilidad, como si casi no tuviesen masa.
6) ¿Están seguros de que es el bosón de Higgs?
No del todo. Los científicos solamente pueden dar una probabilidad más o menos alta de éxito. Los bosones de Higgs se desintegran muy rápidamente, así que no pueden detectarse directamente. El procedimiento que se sigue en los grandes aceleradores de partículas como el LHC consiste en hacer chocar entre sí dos partículas, con la suficiente energía para que pueda formarse un bosón de Higgs. El bosón, a su vez, se desintegrará, y los productos de la desintegración son los que se detectan en los experimentos. Es algo así como destrozar dos relojes haciendo que choquen entre ellos, examinar los trozos que quedan, y a partir de ellos deducir cómo funciona un reloj. El reciente anuncio eleva la probabilidad de haber descubierto el bosón de Higgs al 99.99995% lo que en la comunidad científica se considera certeza. Además de ello, queda la tarea de identificarlo más allá de cualquier duda razonable. Puede tratarse del bosón de Higgs, de un bosón de Higgs (puede que haya varios) o de otro tipo de partículas. Siempre hay que estar abierto a otras posibilidades. Por el momento, todo apunta a que se trata realmente del bosón de Higgs, pero los científicos son cautos y estudiarán sus propiedades a fondo durante los próximos años.
7) ¿Por qué ha costado tanto encontrar el bosón de Higgs?
Fundamentalmente, por su masa. Un bosón de Higgs pesa más que un centenar de átomos de hidrógeno. El Universo creó el campo de Higgs durante la gigantesca explosión de energía que conocemos como Big Bang. Para poder reproducir esas condiciones, debemos usar partículas con una gran energía, y el modo de obtenerlas es mediante grandes aceleradores. El mayor de todos ellos es el LHC (Large Hadron Collider), un enorme acelerador perteneciente al CERN (Consejo Europeo de Investigación Nuclear), y han hecho falta décadas de preparación y un gran esfuerzo técnico y financiero.
8) ¿Para qué sirve gastar tanto dinero en una partícula? ¡Que estamos en crisis!
Descubrimientos como el del bosón de Higgs ayudarán a entender el funcionamiento del Universo. Buscar aplicaciones del bosón de Higgs en procesos industriales es ciencia-ficción en estos momentos, pero no olvidemos que la electrónica moderna está basada en fenómenos de mecánica cuántica y relatividad descubiertos a comienzos del siglo XX, y que entonces tampoco tenían aplicación práctica inmediata. Faraday, cuya ley de inducción nos permite ahora crear electricidad, dijo en 1850 al ministro de finanzas británico: “no sé qué aplicación tiene mi descubrimiento, pero sí sé una cosa, y es que un día usted cobrará impuestos por ello.”
No hace falta irse tan lejos en el futuro. El dinero invertido en el CERN no se limita a desaparecer sin más. Las empresas que participan en la construcción de las instalaciones del CERN desarrollan nuevas tecnologías y procesos de fabricación, que luego tienen aplicaciones industriales muy diversas. Los científicos y técnicos españoles reciben allí una preparación sin igual en el mundo. Ni siquiera los norteamericanos pueden igualarles en este punto, ya que EEUU renunció hace años a construir un acelerador como el LHC por motivos presupuestarios.
La propia Internet tal y como hoy la conocemos, con sus hipervínculos y sus páginas web, fue inventada en el CERN hace veinte años. Su propósito era tan sólo ayudar a los científicos del centro a gestionar los datos que generaban los experimentos, algo sin mayor trascendencia en ese momento. Dos décadas después, la economía de Internet genera anualmente una riqueza económica mayor que la que jamás se ha invertido en toda la historia del CERN. La nueva red de comunicaciones que se está creando actualmente para gestionar los datos de grandes proyectos científicos como el LHC se convertirá en la Internet 2 del mañana.
9) Por fin apareció el bosón de Higgs. ¿Significa eso que el LHC ya no sirve para nada?
¡En absoluto! El LHC apenas acaba de saltar al terreno de juego. Ni siquiera ha sido usado a potencia máxima todavía. Se trata de uno de los instrumentos científicos más grandes y complejos de la historia, y dará muchas más información en los años venideros. Hay todavía muchas preguntas fundamentales sin resolver. Por ejemplo, ¿cuál es la masa del neutrino? ¿Dónde esta el gravitón, que sirve para explicar la fuerza de la gravedad? En la actualidad el 95% del Universo está hecho de algo llamado “materia oscura,” que es la forma elegante de los científicos para decir “no sabemos de qué esta hecho esto.” ¿Cuál es la composición de esa misteriosa materia oscura? Experimentos como los del LHC pueden ayudar a darnos respuestas.
10) Pues al señor Higgs le estarán preparando ya el premio Nobel, ¿no?
Lo cierto es que no se sabe bien. En el descubrimiento del bosón de Higgs han participado miles de científicos durante décadas de duro trabajo. Resultaría muy complicado ponerlos a todos en un pedestal, y la academia Nobel no permite dar premios a un trabajo colectivo. Pero sí, en el caso de que se otorgue un premio Nobel por este descubrimiento, Peter Higgs estará de los primeros en la lista.
11) ¿Por qué llaman al bosón de Higgs “la partícula de Dios”?
El apelativo proviene de un libro de texto sobre física de partículas escrito en los años noventa, en el que se describía al bosón de Higgs como “la partícula puñetera” (the goddamn particle). El editor, por su cuenta y riesgo, decidió cambiarle el nombre a “la partícula de Dios” (the God particle). Es un nombre pegadizo, y define bien la importancia que tiene en cuanto que partícula creadora de masa. Pero tenga por seguro que la comunidad científica odia ese nombre con todas sus fuerzas. Ojalá los periodistas dejen de utilizarlo.
12) ¿Y si no hubieran encontrado el bosón de Higgs?
En ese caso, el Modelo Estándar tendría que ser modificado, o sustituido por otro. Puede que tengamos que hacerlo, si el LHC descubre nuevas partículas o fenómenos que los científicos no habían considerado. Por eso la ciencia tiene que observar y experimentar: no se encuentra si no se busca.
Fuente: Física de Película
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Ordenador que puede sobrevivir al universo, un paso más cerca
La muerte térmica del universo no tiene por qué poner fin a la era de la computación. Un extraño dispositivo conocido como «cristal de tiempo», teóricamente, puede seguir trabajando como un equipo incluso después de que el universo se enfríe. Un nuevo proyecto para un «cristal de tiempo», hace que su construcción esté un paso más cerca.
Cristales normales son objetos tridimensionales cuyos átomos están dispuestos en patrones regulares y repetitivos -al igual que la sal de mesa. Adoptan esta estructura, ya que utilizan la menor cantidad de energía posible para mantenerse.
A principios de este año, Frank Wilczek, físico teórico del Instituto Tecnológico de Massachusetts (EE.UU.), especuló que una estructura similar que se podría repetir con regularidad en la cuarta dimensión – el tiempo.
Para traducir la simetría espacial de un cristal regular en la cuarta dimensión, los átomos en un «cristal de tiempo» tendrían que rotar constantemente y volver a su ubicación original. Fundamentalmente, sino que también tendría que estar en su estado más bajo de energía posible cuando lo hagan, lo que significa que, naturalmente, seguiría girando incluso después de que el universo haya sucumbido a la entropía y se enfríe a una temperatura uniforme – un estado conocido como muerte térmica.
Anillo superconductor
Este tipo de comportamiento normalmente viola las leyes de la termodinámica, pero la rotación continua se permite en el caso de los electrones en un superconductor, que fluya sin resistencia. Wilczek originalmente sugirió que un anillo superconductor podría servir como un cristal de tiempo si se pudiera hacer que los electrones fluyan por separado en lugar de en una corriente continua, asegurando un patrón de repetición. Pero no podían encontrar la manera de hacerlo en la práctica.
Ahora Tongcang Li de la Universidad de California, Berkeley (EE.UU.) , y sus colegas de la Universidad de Michigan en Ann Arbor y la Universidad de Tsinghua en Pekín (R. P. China), tiene una propuesta alternativa que puede ser posible de construir.
Lo primero que necesita es una trampa de iones, un dispositivo que mantiene las partículas cargadas en su lugar utilizando un campo eléctrico. Esto provoca que los iones formen un cristal en forma de anillo, como iones atrapados que a temperaturas extremadamente bajas se repelen. A continuación, se aplica un débil campo magnético estático, lo que provoca que los iones giren.
La mecánica cuántica significa que la energía de rotación de los iones debe ser mayor que cero, incluso cuando el anillo se enfría a su estado de energía más bajo. En este estado, los campos eléctricos y magnéticos ya no son necesarios para mantener la forma del cristal y el giro de sus iones constituyentes. El resultado es un «cristal de tiempo» – o incluso un cristal de espacio-tiempo, porque se repite el anillo de iones en el espacio y el tiempo.
Diseño agradable
«Estoy muy contento con él», dice Wilczek. «Han llegado realmente a algo que se parece a un diseño experimental de realización.»
La construcción del cristal será difícil ya que requiere temperaturas cercanas al cero absoluto. «El principal reto será que se enfríe un anillo de iones a su estado fundamental», afirma Xiang Zhang, miembro del equipo que también está en Berkeley. Afirma que esto debería ser posible en un futuro próximo cuando las tecnologías de trampa de iones mejoren.
Wilczek ha teorizado que un «cristal de tiempo» podría convertirse en un ordenador operativo , con diferentes estados rotacionales dando lugar a os l0 y 1 de un ordenador convencional. Dice que esto debería ser posible con el sistema propuesto. «Para hacerlo más interesante desea tener diferentes tipos de iones, tal vez varios anillos que afecten uno al otro», dice. «Se puede empezar a pensar en máquinas que funcionan con este principio.»
No hay que esperar a ver a un equipo de «cristal de tiempo» en el corto plazo, sin embargo. Mientras Wilczek, señala que la muerte térmica del universo es, en principio, «muy fácil de usar» para este tipo de experimento, ya que sería un estado frío y de oscuridad, hay otras cuestiones a considerar. «Nos centramos en un cristal de espacio-tiempo que puede ser creado en un laboratorio», dice Li. «Así que hay que descubrir un método para hacer un laboratorio que pueda sobrevivir en el calor de la muerte del universo».
Fuente: New Scientist
Dos partículas anuncian que se entienden en la distancia
Un grupo de investigadores de la Universidad Ludwig-Maximilians de Munich y el Instituto Max Planck para óptica cuántica de Garching ha conseguido el entrelazamiento cuántico de dos átomos a 20 metros de distancia y ha logrado que esos átomos anuncien su enlace. Este fenómeno, por el que dos o más partículas se comunican como si estuviesen conectadas por un hilo invisible, sería como si dos monedas cayesen siempre del mismo lado al ser lanzadas simultáneamente en lugares diferentes.
Además de tener importantes implicaciones desde el punto de vista teórico, el fenómeno puede ser utilizado para el envío de información encriptada. En Suiza, por ejemplo, ya ha sido utilizado para transmitir de manera segura los resultados electorales o para comunicaciones bancarias. En un artículo que se publica hoy en Science, el equipo dirigido por Julian Hofmann cuenta como lograron reproducir este entrelazamiento con algunas mejoras que facilitarán sus aplicaciones prácticas.
Una de las características interesantes del entrelazamiento observado por los investigadores alemanes es que fue “anunciado” por los propios átomos. Esta señal “es esencial para poder construir aplicaciones como un repetidor cuántico, porque en otros tipos de entrelazamiento, para saber si se han producido, es necesario comprobarlos en cada ocasión individual y eso los destruye”, explica Wenjamin Rosenfeld, investigador de la Universidad Ludwig-Maximilians.
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