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Cuidadito con las analogías (1)

Introducción a la serie: NO se trata de prohibir el uso de las analogías (¡qué íbamos a hacer entonces los que no somos expertos y aun ellos!) sino, eso, de tener cuidadito… Sobre todo si eres profesor o divulgador, es tu obligación, creo, conocer sus límites.

Los quarks no son bloques de Lego que se unen para formar partículas

Yo -que soy profesor de Física y Química en Secundaria- creo que es un escándalo que a estas alturas a (muchos) alumnos de 3º de E.S.O. se les enseñe que mediante los experimentos de Rutheford se descubrió el núcleo atómico y también que dentro hay protones y neutrones de modo que parece que protones, neutrones y electrones son partículas elementales, o incluso las partículas elementales de las que todo está hecho…

Ante eso, lo primero que se me viene a la cabeza es que tiene narices que (si se cree que hay que hablar de tales cosas en 3º de E.S.O.) no se vaya un pasito más allá y se explique que justamente mediante el mismo tipo de experimentos (dispersión de partículas) se descubrió hace ya bastante (más de treinta años) que igual que dentro de los átomos había “algo duro y pequeño” (el núcleo), dentro de los protones también; los quarks (cuyo solo nombre no nos ha de asustar).

Ahora vas y dices que las partículas elementales, entre ellos los quarks, son las piezas más básicas de las que todo está compuesto y no es raro caer en la analogía del Lego

El Universo y los bloques fundamentales de los que todo esta hecho. Figura obtenida mediante el programa “Lego Digital Designer”, de Lego ©

Pues bueno, para empezar la dispersión del experimento de Rutherford (dispersión elástica de partículas alfa) NO es igual que la de los experimentos de dispersión inelástica profunda de electrones que Friedman, Kendall y Taylor llevaron a cabo entre 1966 y 1978 (aquí se explica muy bien en inglés, estos lo comparan con lo de Rutherford y esto otro, en español, hay que leerlo con más precaución).

Aún peor es la analogía de las partículas elementales con bloques de una construcción; el modo en el que un protón está compuesto por quarks es infinitamente más dinámico que lo sugerido por esa analogía. Veamos dos muestras (relacionadas):

  • La masa del protón y la masa de los quarks

http://www.frankwilczek.com/Wilczek_Easy_Pieces/342_Origin_of_Mass.pdf

http://www.aip.org/pt/nov99/wilczek.html

  • El misterio del spin del protón

http://www.isgtw.org/feature/case-missing-proton-spin

http://www.symmetrymagazine.org/breaking/2011/06/07/the-case-of-the-missing-proton-spin/

Yo encargué y utilizo la siguiente imagen del átomo de hidrógeno (¡no a escala!) que también usa en sus charlas algún profesional de la física.

El átomo de hidrógeno (no a escala) con un núcleo compuesto por tres quarks (uud) unidos por gluones (g). El electrón y el núcleo están ligados mediante fotones (γ). Dibujo de Alberto Izquierdo Adeva (de aquí)

Pero hay gente más cuidadosa, como los físicos del laboratorio DESY en Hamburgo que usan esto (donde, además de los tres quarks de valencia, aparecen los gluones y pares quark – antiquark virtuales, etc.):

Fuente: DESY (Hamburgo)

e incluso esto, con spines y todo:

Fuente. DESY (Hamburgo)

Aún más. Todas esas partículas salvo los tres “quarks de valencia”  y los electrones son virtuales, concepto notablemente resbaladizo (leer esto, por ejemplo, o esto, donde dice “Virtual Particles: Not Particles At All”. En castellano se puede leer esto que está en un artículo de Francis Villatoro muy interesante sobre Mitos del bosón de Higgs ).

Y teniendo todo eso en cuenta, ¿hay que usar la analogía?

Para empezar la discusión, aquí hay un enlace con más información.

Esta vez parece que no, pero cuando pase algo gordo, ¿cómo nos vamos a enterar?

Donde nos se refiere a los que no estamos metidos en el ajo aunque seamos más o menos aficionados (o profesionales, pero de otra cosa; como la enseñanza secundaria, en mi caso)

Según dice Peter Woit, parece que esta vez tampoco ha habido un gran descubrimiento en física de partículas. El “pico”  aparecido en los datos del detector CDF del acelerador Tevatron en Fermilab (que llegó al New York Times  y del que hablé aquí y aquí) no sería confirmado mañana (10 de junio e 2011)  en un seminario en el que se van a presentar datos relevantes por parte de DØ, el otro detector del Tevatron (si lees los comentarios a la entrada del blog de Woit verás que es más complicado que eso, pero bueno…).

ACTUALIZACIÓN (10 DE JUNIO, 2011): Ya es oficial: DØ no ve nada que no sea consistente con el modelo estándar y así es como lo cuenta Ian Sample en The Guardian (este peridista científico es autor de Massive, un muy buen libro de divulgación sobre física de partículas). Más detalles en los sitios de siempre (Dorigo, Jester) y en esto, del mismo Fermilab. En español está Francis.

Ahora se tienen que sentar los de CDF y DØ a encontrar el origen de esa discrepancia, probablemente relacionada con lo complejo que es analizar estos datos experimentales y sacar resultados, tal como cuenta aquí Pauline Gagnon, del experimento ATLAS.

Y ahora, una pregunta interesante para los aficionados, pero también para profesores, cuya obligación (e inclinación, en mi caso) no se limita a enseñar una serie de contenidos establecidos. También incluye el hacer ver a los alumnos que se sigue haciendo ciencia ahora mismo y hablar sobre cómo se hace (desde la elección de temas a investigar, la financiación, el personal…) y cómo se discute, comunica y valida. Todo ello, lo sé bien, muy complicado y muy  lejos de las tristes menciones al método científico de manual:

Cuando pase algo gordo, ¿cómo nos vamos a enterar?

Pues parece que a través de los blogs de físicos de partículas profesionales  y aficionados más o menos próximos (a menudo gente con formación científica que se ha dedicado a otras cosas…) en los que a menudo se recogen rumores del mundillo. Algunos de esos blogs (que no voy a clasificar pues no siempre sabría) son A Quantum Diaries Survivor (de Tommaso Dorigo), Not Even Wrong (Peter Woit), Résonaances (Jester), viXra log (Philip Gibbs)… Para leer algo de eso en español conviene estar atentos a Francis (th)E mule Science’s News y a Ciencia Kanija.

Respecto al CERN, dice James Gillies, su jefe de prensa que ellos no van a filtrar noticiones (aunque lo puedan hacer miembros particulares de los experimentos). Por curiosidad, hablemos un poquito de lo que pasó allí la última vez que hicieron un descubrimiento gordo, gordo, el de las partículas W y Z, mediadoras de la interacción débil.

Por ejemplo, aquí nos cuentan la (versión oficial de la) historia, que terminó en la bonita rueda de prensa de la foto de más abajo (qué gran ocasión para leer Nobel Dreams; se non è vero, è ben trovato)

Conferencia de prensa para anunciar el descubrimiento de la partícula W el 25 de enero de 1983. Fuente: CERN

Aunque con toda seguridad en aquellos tiempos los humanos eran parecidos (y por tanto había rumores, cotilleos, papeles olvidados causalmente en lugares estratégicos…) lo que no había era una internet como la de hoy con sus blogs y sus blogueros, su twitter y sus twitteros.

Una cosa que merece estudiar es si entonces había, y en qué medida hay ahora, lo que en inglés se llama hype y que se podría traducir como circo mediático (a escala, claro). Afortunadamente, hasta llegar a los extremos de la vida de arsénico aún falta mucho…

¿Una nueva partícula descubierta en CDF?

Estamos hablando de “cazar picos” [e intentando ver si podemos aprender algo de física de partículas en el instituto] y, a lo mejor, los físicos del detector CDF en el acelerador Tevatron han cazado uno, y sería una presa bien gorda…. El pico que presentaron hace como un mes no sólo no se desvanece, sino que se hace más fuerte…

ACTUALIZACIÓN: Pero luego (el 10 de junio) van los del otro experimento del Tevatron, DØ, y dicen que ellos no ven nada… Más detalles aquí, aquí y aquí y la gráfica correspondiente más abajo. Merecerá la pena hablar de los posibles motivos de la discrepancia (todo esto que nos pueden parecer “datos experimentales” lo son, pero no tan “limpios” como nos podemos creer, ya que siempre implican el uso de modelos, para empezar…).

Distribución de masa invariante para parejas de jets producidos en asociación con una partícula W. Fuente: Colaboración CDF, 30 de mayo de 2011

En el apéndice 2.1 de ¿Cómo saber si se ha descubierto una partícula? ya hablaba de esta posible nueva partícula. Con los nuevos datos que hay casi un més después (más sucesos estudiados en CDF) la posibilidad de que se trate de una fluctuación aleatoria ha disminuido bastante (con pocos datos una desviación al azar es más probable que con muchos).

Tras las noticias de hace un mes en CMS y ATLAS (y supongo que en DØ) ha habido gente que ha dejado lo que estaba haciendo para ponerse a toda prisa a analizar sus datos de W + 2 jets. Parece que no han visto nada raro, de momento.

Nos lo cuentan aquí, aquí (traducido aquí al castellano por Kanijo) o aquí, pero todavía no hay que lanzar las campanas al vuelo, que bien podría ser un problema con los modelos que se usan para el fondo (que, restado a los datos “brutos” daría lugar al supuesto pico; ver esta explicación de Francis). Aquí hay más información en castellano, también de Francis y este es otro enlace interesante (en inglés).

A continuación la gráfica correspondiente al análisis de DØ. La línea de puntos un poco por debajo de 150 GeV es la señal de CDF y ahí no hay nada…

Distribución de masa invariante para parejas de jets producidos en asociación con una partícula W. Fuente: Colaboración DØ, 10 de junio de 2011

 

¿Cómo saber si se ha descubierto una partícula? (Apéndice 2.1)

¿Es pico todo lo que reluce?  (Noticias más recientes, del 30 de mayo de 2011 y aún más, del 10 de junio y no, aquí no había pico, parece…)

Un pico en el detector CDF del laboratorio Fermilab, cerca de Chicago

¿Un pico nuevo en CDF?
Distribución de masa invariante para parejas de jets producidos en asociación con una partícula W. Fuente: Colaboración CDF. arXiv:1104.0699v2 hep-ex 2 May 2011.

Bueno, hay dos picos, pero el rojo se debe a una partícula ya conocida, la W (de masa 80,4 GeV/c²). Del otro pico, al que han ajustado una curva azul en la figura inferior, no se sabe aún con certeza que exista.

¿¿¿Cómo es eso de que aún no se sabe aún con certeza que exista un pico que se puede ver a simple vista en los datos???

Esto merece una explicación que afortunadamente ya nos ha dado -y muy bien- Francis, del más que recomendable blog Francis (th)E mule Science’s News, esta vez en amazings.es.

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