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Alicante acogerá el encuentro internacional sobre transferencia y co-creación en investigación

Durante los días 2 y 3 de noviembre tendrá lugar en Alicante la segunda edición del Congreso 100xCiencia.2, en la que participarán 40 centros y unidades de investigación españoles reconocidos por el programa de excelencia “Severo Ochoa” y “María de Maeztu”, respectivamente.

Las acreditaciones “Severo Ochoa” y “María de Maeztu” son el mayor reconocimiento institucional a la investigación científica en España, y los centros son seleccionados por un comité de evaluación internacional. Estos centros cubren prácticamente todas las áreas del conocimiento, desde física y matemáticas hasta medio ambiente y biomedicina, pasando por las humanidades.

Este año el encuentro que tendrá lugar en Alicante lleva por título “Co-creating Value in Scientific Research” y está dedicado a la transferencia de los conocimientos que se generan en los centros y unidades de investigación y su puesta en valor de cara a la sociedad.

El término transferencia abarca una gama muy amplia de actividades de colaboración con beneficio mutuo entre el sector público dedicado a la investigación y las empresas. Aunque no es el único, constituye un deseado retorno de la inversión pública en investigación, porque proporciona una fuerza motriz significativa para la mejora del crecimiento económico y el bienestar social. Por otra parte, el concepto de transferencia no deja de evolucionar y en la reunión de Centros y Unidades de Excelencia en Alicante se analizarán y discutirán las formas más actuales de la misma”, explica Juan Lerma, exdirector del Instituto de Neurociencias de Alicante y presidente del Comité Científico de 100xCiencia.2

“La transferencia de los conocimientos básicos que se generan y las tecnologías que se desarrollan en los centros de investigación son uno de los pilares básicos sobre los que se asienta la actividad de los mismos. No menos importante que la propia investigación, lo son la formación o la difusión”, añade Juan Lerma.

El encuentro constará de tres conferencias magistrales impartidas por tres científicas de reconocida relevancia internacional: Krista Keränen, Lita Nelsen y Nuria Oliver.

Krista Keränen es doctora en ingeniería. Actualmente trabaja en la Universidad Laurea de Ciencias Aplicadas de Finlandia como directora de emprendimiento e innovación. Ha sido galardonada en el Concurso Europeo de Mujeres Inventoras e Innovación en 2013.

Lita Nelsen ha sido directora de la Oficina de Licencias de Tecnología en el Instituto Tecnológico de Massachusetts durante 24 años, hasta 2016. Máster en Ingeniería Química del MIT, antes de unirse a esta institución, pasó veinte años en la industria. Entre otros cargos, es asesora de propiedad intelectual de la Iniciativa Internacional de Vacunas contra el SIDA y miembro fundador del Consejo de Administración de Propiedad Intelectual en Investigación en Salud.

Nuria Oliver es una de las mujeres investigadoras más citadas en España en informática. Es ingeniera de Telecomunicaciones, doctora por el Media Lab del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y directora de Investigación en Ciencias de Datos en Vodafone1 y Chief Data Scientist en DataPop Alliance.

Junto con las conferencias magistrales, en el encuentro habrá también mesas redondas compartidas por investigadores de los Centros Severo Ochoa y las Unidades María de Maeztu con representantes del mundo de la industria, las oficinas de transferencia de tecnología, la política y la administración económicas. Se incluyen también en el programa ponencias cortas de los centros y unidades de excelencia más exitosos en transferencia e innovación y de expertos en esta materia.

Este encuentro de Alicante está planteado como un espacio para el diálogo e intercambio de experiencias con el objetivo de fortalecer la capacidad de transferencia de conocimiento y potenciar el impacto social de la labor investigadora desarrollada por los centros y unidades de excelencia de nuestro país.

 

Más información:

Web: http://100xciencia.umh.es/

Twitter: @foro100xciencia

 

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Científicos de IBM Zurich y del IFT Madrid observan anomalías cuánticas en el estado sólido de la física por primera vez

Karl Landsteiner, investigador del IFT

Karl Landsteiner, investigador del IFT

 

Un equipo internacional de físicos, formando una colaboración de expertos en los campos de física de materiales, y  de teoría de cuerdas, han observado un fenómeno en la Tierra, que hasta ahora se pensaba que solo había ocurrido a distancias de cientos de años luz o en los inicios del universo. Este resultado podría conducir a un modelo más completo para la comprensión del universo primitivo y para mejorar el proceso de conversión de energía en aparatos electrónicos.

Usando un material recientemente descubierto llamado semimetal de tipo Weyl, similar a una versión 3D del grafeno, los científicos de IBM Research han simulado un campo gravitatorio en su muestra de prueba imponiendo un gradiente de temperatura. El estudio fue supervisado por el Prof. Kornelius Nielsch, Director del Instituto Leibniz de Materiales,  Dresde (IFW) y la Profesora Claudia Felser, Directora del Instituto Max-Planck de Física Química de Sólidos de Dresde. Tras realizar dicho experimento y tomar medidas en un cryolab en la Universidad de Hamburgo, un equipo de teóricos de TU Dresde, UC Berkeley y del CSIC confirmaron con cálculos detallados que se había observado un efecto cuántico conocido como anomalía axial-gravitacional, que rompe una de las leyes clásicas de conservación, como la carga, la energía y el momento lineal.

 

Esta ruptura había sido previamente propuesta a partir de razonamientos puramente teóricos con métodos basados en la teoría de cuerdas.  Sin embargo, se pensaba que solo se producía a altas temperaturas, de billones de grados, en un estado exótico de la materia llamado plasma de quarks y gluones, existente solo en las primeras etapas del universo en las profundidades del cosmos o en experimentos de colisión de iones pesados usando aceleradores de partículas. Pero para sorpresa de los autores, este descubrimiento implica que también existe en la Tierra, en sistemas del estado sólido de la física, en el que está basada gran parte de la industria de la informática, abarcando desde los pequeños transistores hasta los centros de procesamiento de datos.

El descubrimiento aparece hoy en la revista de revisión por pares Nature.

“Por primera vez, hemos observado experimentalmente en la Tierra esta anomalía cuántica fundamental, que es sumamente importante para nuestra comprensión del universo”, afirma Dr. Johannes Gooth, un científico de IBM Research y autor principal del artículo. “Ahora podemos construir aparatos con nuevos materiales de estado sólido basados en esta anomalía, que no había sido considerada anteriormente, para evitar potencialmente algunos de los problemas inherentes a los aparatos electrónicos clásicos, como los transistores.”

“Este es un descubrimiento fascinante. Podemos concluir claramente que la misma ruptura de simetría puede observarse en cualquier sistema físico, sin importar si es desde el origen del universo o en la actualidad, aquí mismo en la Tierra”, dice el Dr. Karl Landsteiner, un teórico de cuerdas del Instituto de Física Teórica IFT UAM-CSIC y coautor del artículo.

Los científicos de IBM pronostican que este descubrimiento generará una fuerte demanda de nuevos desarrollos de aparatos, en particular para la conversión de energía, similar al entusiasmo generado cuando el silicio fue considerado por primera vez para la electrónica.

Las imágenes están disponibles en:

https://www.flickr.com/gp/ibm_research_zurich/6690Y4

Este trabajo ha recibido el apoyo financiero de investigación de DFG-RSF (NI616 22/1): Contribution of topological states to the thermoelectric properties of Weyl semimetals y SFB 1143 así como de Helmholtz association a través de VI-521 y de DFG (Emmy-Noether programme) via grant ME 4844/1 y de los proyectos FPA2015-65480-P y Centro de Excelencia Severo Ochoa SEV-2012-0249 y SEV-2016-0597.

Experimental signatures of the mixed axial-gravitational anomaly in the Weyl semimetal NbP, Johannes Gooth, Anna C. Niemann, Tobias Meng, Adolfo G. Grushin, Karl Landsteiner, Bernd Gotsmann, Fabian Menges, Marcus Schmidt, Chandra Shekhar, Vicky Süß, Ruben Hühne, Bernd Rellinghaus, Claudia Felser, Binghai Yan, Kornelius Nielsch, DOI: 10.1038/nature23005

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La maravillosa simplicidad de la física fundamental

Por  Javier Martín García (Investigador Predoctoral en el IFT UAM-CSIC)

A finales del siglo XVII, Sir Isaac Newton sentó las bases de lo que hoy conocemos como mecánica clásica. Si hablamos de la importancia que su trabajo ha tenido en la historia de la humanidad, es prácticamente imposible caer en la exageración, pues ha sido  responsable de infinidad de avances científicos y tecnológicos que han hecho posible la revolución industrial y la civilización moderna, desde la máquina de vapor hasta la nave espacial Vostok.

Las famosas tres leyes de Newton, sin embargo, no hacen ninguna hipótesis a priori de las interacciones de la naturaleza, sino que se limitan a establecer un marco teórico, unas reglas de juego que los movimientos de los objetos deben seguir. En particular, la famosa fórmula F=ma, nos permite predecir la dinámica de un cuerpo cuando conocemos las fuerzas que se aplican sobre él, pero la forma precisa de estas fuerzas es un ingrediente extra que las leyes de Newton no nos proveen. De este modo, a pesar de que los tres principios de la dinámica dotasen a la física de un cierto grado de universalidad, el conjunto de fenómenos que describían seguía estando sujeto a arbitrariedad en la elección de estas fuerzas, cuya diversidad parecía ilimitada: fuerzas gravitatorias, fuerzas de rozamiento, fuerzas eléctricas, fuerzas elásticas, fuerzas magnéticas, etc. Pero, ¿serían algunas de estas fuerzas caras de la misma moneda?

Así mismo, la manera en la que estas fuerzas se postulaban provenía de un ajuste aproximado de parámetros tras la inspección de los resultados experimentales. La Ley de la Gravitación de Newton, por ejemplo, postulaba una fuerza que decrece con el inverso del cuadrado de la distancia, lo que concordaba a la perfección con los conocidos resultados de Kepler. A un nivel fundamental, sin embargo, no parece haber nada que nos indique que la potencia correcta de la distancia en la fuerza gravitatoria deba ser exactamente 2, y el cuestionarse si hay algo esencial en ese número es algo perfectamente legítimo: ¿Por qué no 2,0001?

Con el paso de los siglos, gran parte del trabajo de la física fundamental ha estado motivado por la búsqueda de respuestas a este tipo de interrogantes. Por un lado, el anhelo de simplificar y unificar todas las fuerzas de la naturaleza y, por otro, el hacerlo de una forma en la que sus expresiones matemáticas no parezcan meros accidentes, sino una consecuencia inevitable de un pequeño número de principios fundamentales. Este afán reduccionista puede parecer injustificado y, ciertamente, depende de los prejuicios estéticos de los científicos, pero la historia ha demostrado que se trata de un enfoque útil y exitoso, que en multitud de ocasiones ha guiado a los físicos por el camino correcto. A medida que ha pasado el tiempo, la física ha sido capaz de conquistar un terreno cada vez mayor, logrando la descripción de fenómenos que abarcan desde el diminuto interior de un protón hasta los límites del universo observable. Pero este no ha sido tan sólo un éxito a nivel práctico, pues este desarrollo ha venido acompañado también de una física más elegante y simple en el sentido de que el número de principios y parámetros fundamentales que determinan la naturaleza se ha reducido enormemente.

Este proceso de simplificación ha sido llevado a cabo durante siglos de diversas formas, con éxitos tan notables como la unificación de electricidad, magnetismo y óptica, llevada a cabo por James C. Maxwell en el s. XIX. Sin embargo, hay un momento histórico que marca un antes y un después en esta evolución, con la entrada de un nuevo paradigma que sustituye a la mecánica newtoniana: la mecánica cuántica.

La mecánica cuántica surge a principios del siglo XX como respuesta a los problemas que plantea nuestra comprensión de los átomos, cuya dinámica no lograba ser explicada con las teorías clásicas. Además de derribar todo el andamiaje conceptual de la física clásica, la mecánica cuántica se tuvo que enfrentar a otro reto para poder describir las partículas fundamentales: el de respetar las propiedades locales del espacio-tiempo que Albert Einstein había postulado en su teoría de la relatividad especial. Cuando tratamos de llevar a cabo este ejercicio, el resultado parece indicar que la mecánica cuántica y la relatividad especial son casi incompatibles, exceptuando un pequeño número de posibilidades que respetan ambos principios. En efecto, el marco que resulta de esta confluencia es el necesario para describir los fenómenos que ocurren a muy pequeñas distancias pero, como siempre ocurre en la ciencia, sus implicaciones han ido más allá de lo que esperábamos y han logrado darnos muchas de las respuestas que el marco newtoniano ni siquiera aspiraba a alcanzar. Este paradigma por tanto no sólo ha cambiado nuestra concepción de la realidad física, sino que resulta ser tan constrictivo que determina muchas características precisas de las interacciones que observamos, a la vez que prohíbe la existencia de otros tipos de fenómenos.

Esto es posible porque las propiedades de las partículas elementales son heredadas también por los fenómenos macroscópicos, y fijan por tanto el comportamiento de estos últimos. En particular, las partículas elementales poseen un cierto giro intrínseco inalterable, de cuyo valor depende buena parte de la forma en la que describimos las interacciones fundamentales. Esta propiedad, que denominamos espín, es posiblemente la más importante de todas y sus posibles valores están restringidos por la mecánica cuántica  para las partículas fundamentales que se mueven a la velocidad de la luz. Esta cortísima lista de posibilidades para el espín, es la siguiente: 0, 1/2, 1, 3/2 y 2, mientras que todos los demás valores quedan prohibidos por requerimientos de consistencia. Pero no sólo esto. Además, el marco es tan poderoso que clasifica las posibles formas de las interacciones dependiendo del valor de su espín, imponiendo restricciones que son más y más fuertes a medida que subimos en la lista. Aunque cada uno de los pasos de esta escalera es fascinante, quizá el más revelador sea el último: las partículas de espín 2. En efecto, cuando estudiamos en detalle las propiedades de estos objetos, nos encontramos con una conclusión sorprendentemente drástica que podemos resumir en tres puntos:

 

  • Si existen partículas de espín 2 en la naturaleza, todas ellas tienen que ser iguales. Es decir, no pueden tener más cualidades (o números cuánticos) que los distingan, como las cargas, colores o sabores que diferencian otras partículas del Modelo Estándar.
  • Su interacción con el resto de la materia es universal y no depende de las características de las otras partículas (en lenguaje algo más técnico, la constante de acoplamiento de todas sus interacciones es idéntica).
  • Las interacciones de estas partículas de espín 2 consigo mismas están forzadas a tener una forma única y muy precisa, cuya versión clásica recupera una teoría bien conocida. El nombre de esta teoría es relatividad general.

 

Aunque históricamente ésta no fue la vía que Einstein siguió para el descubrimiento de su teoría de la gravitación, el argumento anterior nos permite llegar a una conclusión fascinante, y es que la unión de la mecánica cuántica y la relatividad especial forma un marco tan poderoso que es capaz de predecir una teoría tan completa como la relatividad general con un solo ingrediente: el espín del gravitón. De una tacada, por tanto, este paradigma de la ciencia satisface las dos inquietudes que los físicos teóricos perseguían: por una parte simplifica y unifica la gravedad en el mismo marco que las demás interacciones, y por otra deduce la forma concreta de esta interacción a partir de un ingrediente muy sencillo. Así pues, la física moderna nos da la verdadera respuesta a la pregunta que planteábamos al inicio, y nos permite asegurar que la potencia de la distancia con la que decae la fuerza gravitatoria entre la Tierra y el Sol es 2, y no 2,0001. Esto es así simplemente porque, si fuera esta última (o cualquier otra), el gravitón violaría los principios de la mecánica cuántica y la relatividad especial. Esta clase de rigidez y simpleza y esta sensación de inevitabilidad forman parte de ese concepto de belleza que los físicos utilizamos cuando cualificamos a las teorías físicas como verdaderamente fundamentales.

Argumentos similares al anterior permiten que tres siglos después de Newton nuestra comprensión de las leyes físicas sea muy diferente. De la ingente cantidad de posibles interacciones que podía poseer la materia, la ciencia ha sido capaz de destilar cuatro, a partir de las cuales podemos describir todos los fenómenos de la naturaleza: la fuerza nuclear fuerte, la fuerza nuclear débil, el electromagnetismo y la gravedad. El éxito de esta síntesis no sólo se manifiesta en este pequeño número de interacciones sino también en un número muy reducido de parámetros y principios fundamentales. Además, la arbitrariedad en la descripción se reduce enormemente, de modo que las leyes dinámicas que gobiernan el universo aparecen como consecuencia inevitable de una serie de principios de simetría y consistencia interna de la teoría cuántica, restringiendo enormemente el infinito número de leyes matemáticas que tenían cabida en el marco newtoniano. Por supuesto, esta descripción sigue poseyendo algunas características que parecen accidentales, pero es justo decir que son mucho menores que en el pasado, y que la visión actual de la física es extraordinariamente elegante y simple. El trabajo que le queda por delante a la física fundamental es el de seguir profundizando en este camino para, quizás, algún día lograr finalizar el proyecto más ambicioso de todos: encontrar una auténtica teoría de todo.

 

Ver vídeo: Propiedades del gravitón

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El IFT renueva el Sello de Excelencia Severo Ochoa

El Ministerio de Economía, Industria y Competitividad ha renovado el Sello de Excelencia Severo Ochoa por cuatro años más. El Instituto de Física Teórica IFT UAM-CSIC recibió la acreditación Severo Ochoa por primera vez en su edición 2012. La financiación del Programa Severo Ochoa del IFT, SO (IFT), comenzó el 1 de Julio de 2013 y finalizará el 30 de Junio de 2017.

Más información:

- Nota de prensa

- Web IFT Severo Ochoa

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El principio holográfico

Por  Javier Martín García (Investigador Predoctoral en el IFT UAM-CSIC)

En busca de la gravedad cuántica

A principios del siglo XX, dos grandes revoluciones sacudieron los cimientos de la física establecida. En primer lugar, la teoría de la Relatividad General reemplazaba a la gravitación de Newton, asignando nuevas propiedades al espacio y al tiempo, que pasarían de ser conceptos absolutos a poder mezclarse y curvarse. De forma paralela, los experimentos en física atómica y ramas relacionadas cristalizaron en la creación de un nuevo paradigma que pondría en cuestión a un nivel aún más profundo los fundamentos de la mecánica Newtoniana: la mecánica cuántica.

Durante los últimos cien años, estas dos teorías han conformado los dos grandes pilares sobre los que se ha asentado la física moderna, cuyo éxito se ha manifestado con la comprobación experimental de algunas de las predicciones más precisas de la historia de la ciencia. El asentamiento y comprensión profunda de estos dos pilares llevó algunas décadas pero, desde el principio, una ambiciosa idea ha rondado las mentes de los físicos teóricos: convertir estos dos pilares en uno o, equivalentemente, lograr una descripción cuántica de la interacción gravitatoria.

En cierto sentido esto es posible en términos de una (hipotética) partícula llamada gravitón que mediaría la interacción gravitatoria, jugando un papel análogo al del fotón en el electromagnetismo. Sin embargo, esta descripción no es válida para todas las escalas, y se viene abajo cuando observamos fenómenos que ocurren a distancias menores que las de una cierta longitud fundamental. A esta distancia los gravitones comienzan a interaccionar tan fuertemente entre ellos que se pierde el control de la teoría, indicando que es necesaria una fundamentación más completa. El nombre de esta escala fundamental, cuyo valor es de unos 10⁻³³ cm, es longitud de Planck y, por debajo de ella, esperamos que los dos grandes pilares de la física converjan en una teoría unificada que comúnmente denominamos como gravedad cuántica.

Por diversos motivos, encontrar un marco consistente para esta teoría de la gravedad cuántica sigue a día de hoy siendo un problema abierto que se ha resistido al ingenio de generaciones enteras de científicos. Por supuesto, se han conseguido avances significativos entre los que cabe mencionar a la teoría de cuerdas, que acumula varios éxitos en cuanto a la resolución de algunos de los rompecabezas que este reto plantea. Relacionada con ella, aunque en cierto modo independiente, existe una propuesta del físico argentino Juan Maldacena que ha liderado el progreso en esta línea de investigación en los últimos 20 años. Los detalles de esta propuesta son algo intrincados, pero basta saber que es el primer ejemplo detallado que se conoce de un principio previamente postulado por Gerardus ‘t Hooft años antes: el principio holográfico. El propósito de las siguientes líneas será el de motivar este principio, para lo cual tendremos que echar un vistazo a los fundamentos de la mecánica cuántica y ponerlos contra las cuerdas, forzándolos a convivir con uno de los animales favoritos de los físicos: los agujeros negros.

Cajas en mecánica cuántica

Pero no nos adelantemos todavía: olvidémonos por un momento de que existen los agujeros negros y pensemos en un sistema cuántico ordinario sin gravedad. Como hemos mencionado antes, la mecánica cuántica (o, siendo más precisos, la teoría cuántica de campos) es perfectamente consistente siempre y cuando nos conformemos con explorar tan sólo los fenómenos que ocurren a distancias mayores que la longitud de Planck. Asumido esto, podemos construir una descripción muy simplificada de nuestra teoría en la que simplemente consideramos el espacio como una cuadrícula tridimensional formada por pequeños cubos de tamaño longitud de Planck. En esta construcción, consideraremos que la única libertad que poseemos es la de decidir si estos pequeños cubos están ‘encendidos’ o ‘apagados’ como si de un sistema binario se tratase. En el lenguaje físico, interpretaremos cada cubo apagado como el vacío y cada cubo encendido como una partícula localizada en esa posición. Crear partículas o encender cubos implica por tanto inyectar energía en ese punto del espacio. Lo que nos propondremos de aquí en adelante es tomar tan sólo una porción finita del espacio y meterla en una caja para estudiar sus propiedades.

Una vez que hemos escogido el tamaño de nuestra caja, podemos hacernos la siguiente pregunta: ¿de cuántas maneras diferentes puedo colocar el patrón de ‘bits’ encendidos y apagados? Un simple ejercicio de combinatoria nos da esta respuesta: este número es igual a dos elevado al número total de celdas que caben en nuestra caja o, lo que es lo mismo, elevado al volumen total de la caja medido en unidades del volumen de cada celdilla de tamaño Planck. Hemos llegado por tanto a una conclusión importante, y es que la mecánica cuántica predice un número de configuraciones (o número de estados) que depende del volumen de la región considerada. Por supuesto, cada uno de estos estados es diferente, pero algunos de ellos comparten propiedades como por ejemplo su energía total. Así, fijar la energía dentro de la caja corresponde a decidir cuántas celdillas dejamos encendidas pero, para un número fijo de ellas, existen todavía muchas formas de distribuir sus posiciones en la caja. Por tanto, a medida que inyectamos energía en el sistema, las configuraciones típicas consistirán simplemente en distribuciones aleatorias de celdillas encendidas y apagadas, con la única restricción de que el número total de las encendidas sea el correspondiente a la energía total.

Secuencia de estados típicos para diferentes energías en un sistema cuántico sin gravedad.

La gravedad entra en juego

Como hemos dicho, la descripción anterior es válida cuando no existe gravedad, pero su presencia nos obliga a introducir cambios que van a afectar a la raíz de nuestra compresión de este sistema aparentemente tan sencillo. La clave del problema residirá en la existencia de agujeros negros, pero ¿qué son estos objetos? Los agujeros negros, predichos por la Relatividad General, son regiones del espacio de las que nada puede escapar y que se forman cuando una gran cantidad de masa (o energía) se localiza en esta región. En los años 70, Jacob Bekenstein y Stephen Hawking consideraron en detalle las consecuencias de estudiar la mecánica cuántica cerca del horizonte de un agujero negro, descubriendo no sólo que éstos emiten radiación, sino que además se les pueden asignar propiedades termodinámicas como temperatura y entropía. En efecto, el cálculo de Bekenstein y Hawking predice que los agujeros negros poseen una entropía proporcional a su área en unidades de Planck. Esto implica que su número de estados posibles es exponencial en este área, y no en el volumen como estábamos acostumbrados a obtener. Este hecho, que puede parecer una simple curiosidad, tiene profundas implicaciones en nuestro experimento mental.

Volvamos pues a nuestra caja. En la situación anterior, nada nos impedía subir la energía hasta alcanzar la configuración más energética con todas las celdillas encendidas. Sin embargo, el hecho de que existan los agujeros negros nos impone una restricción para este comportamiento. A medida que subimos la energía total del sistema, las celdillas encendidas tienden a estar más juntas, de modo que existe una cierta energía umbral en torno a la cual los estados típicos empiezan a ser aquellos en los que las partículas se han juntado lo suficiente como para colapsar y formar un agujero negro. A partir de aquí, inyectar más energía sólo aumenta el tamaño del agujero negro, proceso que tenemos que parar cuando éste alcanza el tamaño de la caja. Cuando esto ocurre, la energía que hemos empleado es mucho menor que la máxima que podíamos meter en la primera caja. De hecho, una vez que obtenemos este agujero negro, la representación en términos de celdillas tridimensionales ya no es válida, sino que debe ser sustituida por la que se deriva del trabajo de Bekenstein y Hawking. Por lo tanto, en su lugar tenemos que imaginar que tan sólo disponemos de una cuadrícula bidimensional localizada en la superficie del agujero negro, en la que ahora está contenida toda la información de nuestro sistema.

Secuencia de estados típicos para diferentes energías en un sistema con gravedad.

Así pues, la presencia de agujeros negros y su extraño comportamiento termodinámico nos está indicando una nueva propiedad fundamental sobre el espacio: el número de estados cuánticos que puede albergar en una cierta región es una función del área de ésta, pero no de su volumen. De este modo, la dependencia volumétrica predicha por la mecánica cuántica en ausencia de gravedad, se convierte en un mero artificio que, si bien es válido a nivel efectivo a bajas energías, se viene abajo cuando alcanzamos energías lo suficientemente altas como para propiciar la creación de agujeros negros. En otras palabras, la gravedad nos pone una cota sobre el número de celdas que nos podemos permitir encender.

El principio holográfico

Considerando seriamente el argumento anterior, una posible conclusión es la de elevar esta cota a un principio fundamental, estableciendo por tanto que cualquier teoría que aspire a candidata para gravedad cuántica debe poseer un número de estados limitado por la exponencial del área de la región considerada. Surge entonces una solución particularmente atractiva al considerar que, quizás lo que ocurre es que toda la física en el interior de la caja está completamente descrita por un sistema cuántico sin gravedad, pero que en lugar de ocupar las tres dimensiones se limita a vivir en la superficie de la caja, saturando así la cota propuesta. En esta imagen, por tanto, el mundo tridimensional es una mera ilusión, un holograma creado por ‘píxeles’ bidimensionales cuya complicada dinámica crea la impresión de la existencia tanto de nuevas dimensiones como de la gravedad como conceptos emergentes. Esta exótica idea, propuesta por Gerardus ‘t Hooft y Leonard Susskind, es conocida con el nombre de principio holográfico, y sus posteriores refinamientos han constituido la punta de lanza de la investigación en gravedad cuántica en las últimas dos décadas.

Naturalmente, estas vagas ideas no tomaron verdadera forma hasta que, años después, Juan Maldacena propuso un modelo concreto en el que este principio se puede realizar de forma precisa: la llamada correspondencia AdS/CFT. Sin entrar en los detalles de este modelo, podemos extraer de él una lección que ata un último cabo suelto en nuestro experimento mental. En particular, si toda la física de nuestra caja está descrita por píxeles en la frontera, parece justo preguntar qué aspecto tienen los estados típicos de esos píxeles a diferentes energías.

En el régimen de altas energías, cuando el holograma nos muestra un agujero negro, la situación dual en la frontera es (al igual que el agujero negro) la de un sistema en equilibro térmico: una sopa de excitaciones en la que todos los píxeles fluctúan de forma uniforme en la superficie de la caja. Pero, ¿qué ocurre cuando consideramos estados como los de pocas partículas en la caja, que en el holograma en absoluto parecen térmicos?. Si nos fijamos en el caso límite de una sola partícula localizada en el centro, podríamos pensar que el estado dual en la frontera corresponde también a un sólo píxel encendido. En efecto, no podemos encender más si queremos que la energía sea la misma bajo ambas descripciones, pero elegir uno de estos píxeles implica asignarle un rol privilegiado frente a los demás, algo injustificado en una situación tan simétrica como ésta. La respuesta correcta encuentra su fundamento de nuevo en la mecánica cuántica ya que, efectivamente, cada uno de los píxeles de la frontera contribuye de forma equitativa, superponiéndose en un estado total cuyo holograma crea la ilusión de una partícula clásica inmóvil en el centro de nuestra caja.

Representación del estado de una sola partícula en términos de los ‘píxeles’ de la teoría dual en la frontera (en este caso una caja esférica).

Pese al avance en la comprensión teórica de esta dualidad, aún quedan muchos detalles que esclarecer, y el problema general de la gravedad cuántica aún está lejos de ser resuelto. En particular, el principio holográfico requiere de una cierta noción de ‘caja’ o de frontera del universo, mientras que los experimentos en cosmología indican todo lo contrario: un universo que se expande de forma acelerada. Si finalmente esta línea de investigación resultase ser realmente la clave del problema, debería encontrar primero una generalización capaz de prescindir de esta caja, o quizás de considerarla tan sólo en la única dimensión de la cual conocemos un borde: el tiempo.

 

 

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One position open in science journalism, tutored by the science section of El País

This one-year position is intended as a first step into science journalism, with starting dates around the fall 2017, although there is some flexibility in dates. Technically, it is an ESR (Early Stage Researcher) position of the European Horizon 2020 ITN Elusives, www.elusives.eu, a European network which focuses on neutrino and dark matter physics and their interplay. The training will be tutored by the Science section of the Spanish newspaper “ El Pais”, which is one of the partner organizations of the network.  All applications must be submitted via http://www.elusives.eu/jobs, exclusively.

Application deadline 6/15/2017 (the position may be filled before, if a suitable candidate is found).

The salary corresponding to an ESR position consists of the gross Monthly Living Allowance of 3,110 EUR per month multiplied by the EU correction coefficient (97,6% for Spain); in addition, a Mobility Allowance of 600 EUR per month will be paid, and also possibly another 500 EUR per month of Family Allowance depending on marital status. The ESR salary is subject to local tax, social benefit and other deductions following Spanish regulations.

 

By EU requirements, eligible candidates may be of any nationality and, at the time of recruitment (start date of contract),

 

-Must be in the first four years (full-time equivalent) of their careers as journalist and have not yet been awarded a doctoral degree. This four-year span is measured from the date when they had obtained the degree in journalism which would formally entitle them to embark on a doctorate, either in the country in which the degree was obtained or in Spain. This applies even if a PhD degree is not foreseen.

-Must not have resided or carried out their main activity (work, studies, etc) in Spain for more than 12 months in the 3 years immediately prior to the date of contract signature. Short stays such as holidays and/or compulsory national service are not taken into account.

Furthermore:

-The candidate should speak Spanish perfectly and be fluent in English. He or she should have some previous experience and/or training in science journalism or science communication.

All nodes of the network participate in the training, feeding upon collaborations through the network. The position includes short stays in some of the world leading research centers within the network.  Yearly meetings of the complete network are foreseen.

 

The network extends to:

 

*Beneficiaries in seven European countries: Spain (Universidad Autonoma de Madrid/IFT, University of Valencia/IFIC, University of Barcelona), UK (Durham University, University of Southampton), France (CNRS:  LPT-Orsay, IPLT-Saclay, IPN-Lyon, LPC-Clermont, LPSC-Grenoble),  Germany (Max Planck Institute at Heidelberg and Munich, Karlsruhe University/KIT, University of Göttingen, DESY, Heidelberg University), Italy (INFN: Univ. of Padova, SISSA, University of Milano-Bicocca),  Switzerland (University of Zurich).

 

*Scientific Partner Organizations: CERN plus partner organizations in seven non-European countries: USA (Harvard University., Columbia University.-XENON expt., Fermilab theory group + all major neutrino and dark matter expts., University of Washington, University of California at Berkeley-LBNL, Stony Brook University.), Japan (ICRR and KAVLI IPMU, University of Tokyo), China (Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences), Brazil (Sao Paulo University),  Colombia (Antonio Nariño U.),  Egypt (Zewail City for Science), India (HRI, New Delhi U.), Iran (IPM).

*Private-Sector Partner Organizations: Hamamatsu, Kromek, GMV, Medialab, Narcea Multimedia, and newspaper El País.

 

If interested, please apply through http://www.elusives.eu/jobs, exclusively. The candidates must upload their CV,  a motivation letter and some example of her/his work. In addition, they must arrange for two reference letters being sent on their behalf.

The ITN Elusives complies with an equal opportunity and gender balance policy.

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EL IFT en la Revista de Física de la RSEF

La Revista de Física, de la Real Sociedad Española de Física – RSEF, incluye en su primer número de 2017 un reportaje sobre el Instituto de Física Teórica IFT UAM-CSIC, dentro del apartado Nodos de la Física.

Más información:

- Reportaje en pdf

- Revista de Física

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Sven Heinemeyer en Facebook live Materia-EL PAÍS

Entrevista a Sven Heinemeyer, investigador del Instituto de Física Teórica IFT UAM-CSIC, en directo en Facebook live Materia-EL PAÍS, sobre La materia oscura del universo.

El vídeo completo está disponible aquí

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El canal de YouTube del IFT recibe el premio Botón de Plata

El canal del Instituto de Física Teórica IFT UAM-CSIC recibe el premio Botón de Plata, que YouTube entrega al superar los 100.000 suscriptores. El canal de YouTube del IFT actualmente supera los cuatro millones de visualizaciones y cuenta con más de 190.000 suscriptores. En él se añade periódicamente material de divulgación de producción propia sobre las líneas de investigación del IFT, charlas de sus investigadores, y una serie de vídeos de animación elaborados en colaboración con Quantum Fracture. El vídeo más difundido, “La teoría de cuerdas en 7 minutos” supera 1.000.000 de visualizaciones.

Más información:

- Premios para Creadores de YouTube

- Canal de YouTube del IFT

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