el LHC rompe la belleza de la supersimetría.

La ausencia de señales en el CERN está poniéndo una bella teoría en duda – lo que hace que surgan interpretaciones rivales.

En julio, en una conferencia de física de partículas en Grenoble, Francia, el premio Nobel George Smoot parecía estar canalizando el espíritu de Thomas Huxley. El luchador del siglo 19 campeón de la teoría de Darwin de la evolución por selección natural una vez habló de que "la gran tragedia de la ciencia es el asesinato de una bella hipótesis por un hecho feo". Smoot, un cosmólogo que se dio a conocer en el estudio de la luminiscencia del Big Bang, piensa que esto es sólo el drama jugando en la física de partículas.
La física de partículas tiene una hermosa teoría, conocida como supersimetría. Más de tres décadas se emplearon en su fabricación, su elegante estructura matemática estaba destinada a reemplazar al "modelo estándar", el eminentemente útil, pero a veces chirriante y en algunas partes estéticamente desagradable constructo teórico que es actualmente nuestra mejor descripción del funcionamiento básico de la materia.
La belleza de la supersimetría está ahora encontrándo algunos hechos desagradables que salen desde el "Gran Colisionador de Hadrones, el gigantesco acelerador de partículas situado en el CERN cerca de Ginebra, Suiza. La supersimetría predice una gran cantidad de nuevas partículas, y la mayoría de los cálculos indican que ya deberían haberse comenzado a producirse algunas de ellas en el LHC . Pero no es así. Esto arroja algunas preguntas importantes. Es la supersimetría en realidad la respuesta correcta? Si no lo es, ¿cuál es?
La supersimetría - SUSY para su legión de fanáticos - ha sido siempre vista como una panacea para los males del modelo estándar.De vuelta a la década de 1960, era una de las teorías que iba a hacer que el modelo estándar enfrentara una vergüenza.Este no podía explicar cómo las partículas elementales, tales como los electrones y los quarks los cuales forman los protones y neutrones, obtenían su masa en lo absoluto.
Una tontería, claro. Una solución alternativa, obtenida a partir de varios ángulos, en 1964, postuló de que un campo que todo lo impregna existe con el cual las partículas elementales interactúan de forma diferente, dándo a cada una su masa.Este fué el campo de Higgs, llamado así por uno de sus progenitores, Peter Higgs de la Universidad de Edimburgo, en el Reino Unido.
El mecanismo de Higgs era pulcro, pero creó su propio problema. Pistas experimentales indicaban que la masa del "quantum" del campo de Higgs, el bosón de Higgs, estaba entre unos 114 y 180 gigaelectronvoltios (GeV) - exactamente el rango en el que el LHC está febrilmente buscando la partícula, habiendo hasta el momento sólo tentadores indicios. La teoría, sin embargo hizo que una discrepancia gigante conocida como el problema de la jerarquía se incrementara.


el bosón de Higgs se cree otorga la propiedad de la masa a las otras partículas elementales ( a través de la interacción con su campo),para evitar de que este tenga una masa muy grande como predice el modelo estándar se originaron tres alternativas para solucionar el problema.La primera es que cada partícula tiene una más pesada supercompañera la cual actúa para reducir la masa del Higgs (teoría supersimétrica).La segunda es que el bosón de Higgs está compuesto de más pequeñas partículas las cuales interactúan en menor proporción con el mar de partículas de sus alrededores previniéndo que la masa del Higg se incremente (teoría de technicolor). Y la tercera solución es que el bosón de Higgs y los gravitones (hipotéticas partículas que transmiten la gravedad) viven en diferentes partes de una extra 5ta dimensión limitándo la interacción que otorga al Higgs su masa (teoría extra dimensional de Randall y Sundrum).


La única manera de deshacerse del problema era arreglar provisionalmente varios números esenciales que aparecen en el modelo estándar, los números que fijan, por ejemplo, las intensidades de las fuerzas electromagnética ,la fuerza nuclear fuerte y la fuerza débil que la teoría describe.Si se colocán estos números en la forma correcta se puede controlar a la masa del Higgs.Si se equivocan la teoría resultante tiene consecuencias preocupantes: las masas de las partículas, las intensidades de las fuerzas y en general todo empiezan a salir mal. "Se puede destruir por completo lo que consideramos como las principales características de nuestro universo", dice el físico teórico Sundrum Raman de la Universidad de Maryland en College Park.
SUSY se comprometía a limpiar ese desastre. El precio era un segundo conjunto de partículas, unas compañeras más pesadas para cada particula conocida del modelo estándar. Los quarks tienen a los"squark" como socios, los gluones a los llamados gluinos, y así sucesivamente. Las interacciones de partículas que hicieron a la masa del Higgs tan escandalosamente grande eran limpiamente anuladas tras oponer las interacciones entre el campo de Higgs y estas supercompañeras, elegantemente deshaciéndose del problema de la jerarquía.
La más simples y estéticas formas de SUSY, "los modelos mínimos restringuidos", sólo necesitan unos pocos números cruciales, o parámetros libres, para ofrecer predicciones comprobables. Una de ellas es que los squarks tienen masas por debajo de 1000 GeV, o un teraelectronvolt (TeV), directamente en el alcance de energías de hoy en día del LHC. Puesto que el acelerador, finalmente se puso en marcha en Marzo del 2010 después de una salida en falso en septiembre de 2008, el ha estado operando a sólo la mitad de su energía de diseño. Sin embargo, cada colisión de protones entrega 7 TeV de energía para convertirse en nuevas partículas, por lo que los squarks deberían ser producidos en cantidades abundantes. Eso llevó a una presunción común acerca de las partículas supersimétricas, entre los físicos que trabajan en el LHC: "Si SUSY existe, entonces cuando nos dirigimos a nuestros detectores, iluminarían como árboles de Navidad", dice Vyacheslav Rychkov de la École Normale Supérieure de París,en Francia,.
No lo hicieron. No hay luces de Navidad, y nada como un parpadeo de luciérnaga. ¿Qué ha fallado?
La no presentación invita a una de dos conclusiones. Podría ser que el rostro previamente impecable de SUSY tiene algunas manchas inesperadas. Esa respuesta se ve favorecida por muchos investigadores, entre ellos el físico del CERN Padhi Sanjay, un miembro de la colaboración del Compact Muon Solenoid del LHC (CMS). Señala que la búsqueda de partículas supersimétricas en el LHC hasta la fecha se ha concentrado en la búsqueda del "stop", el squark equivalente del quark top del modelo estándar. Aunque el quark top es el más pesado en el modelo estándar, en la mayoría de las versiones de SUSY, el stop es el más ligero squark. De hecho, una masa del stop muy por debajo de 1 TeV es en la mayoría de los casos una condición previa para que SUSY resuelva el problema de la jerarquía.


En el modelo mínimo restringido de SUSY, los otro squarks no son mucho más pesados. Todos ellos deberían ser producidos en el LHC, con los más pesados desintegrándose en el stop , lo que resultaría en un diluvio de stop que sería difícil pasar por alto - exactamente lo que no se ha visto.
Lo que sugiere un camino a seguir para Padhi. "Debemos tratar de alejarnos de los modelos tradicionales limitados", dice. SUSY no sólo viene en sabores de vainilla, sino de chocolate, pistacho, incluso de chile y ajo: más compleja, y las variantes quizás sean menos apetecible las cuales necesitarán más hipótesis y parámetros libres para hacer que funcionen. Algunas de estas ofrecen valores más altos de las masas de los squark y gluinos en las regiones en que el LHC aún no ha probado, sin dejar de dar una masa del stop que está por debajo de 1 TeV. Si estos modelos son correctos, el LHC habría producido muchos menos squarks más pesado, o tal vez ninguno. Por lo tanto, dice Padhi, sólo tenemos que refinar la búsqueda del stop - buscándolo, por ejemplo, produciéndose directamente, y no como producto de desintegración de algo más pesado.

Si las cosas fueran tan simples, dice Matthias Neubert, un teórico en la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz, en Alemania. Para empezar, "vamos a tener que explicar por qué el stop es mucho más ligero que los otros squarks de SUSY, y eso no es tan fácil", dice. De repente, se habla de un fino ajuste un revoltijo de parámetros libres en los modelos de supersimetría para obtener los resultados correctos – justo los engaños que SUSY estaba destinada a evitar. "Si usted comienza a hacer supercompañeras más pesadas, entonces SUSYcomienza a lucir más y más parecida al modelo estándar", dice Rychkov. "Está claro que usted está haciendo algo que es un anatema para la motivación original."
Eso invita a una segunda conclusión, más radical. Un cambio de imagen no va a hacer nada por salvar a SUSY. Ya, algunos físicos están desempolvando dos modelos antiguos, en gran parte descontando modelos que ellos piensan podrían reemplazarla.
La primera es la creación de Steven Weinberg de la Universidad de Texas, en Austin, quien ganó un compartido premio Nobel en 1979 por su trabajo en la unificación de las fuerzas electromagnética y nuclear débil, lo que fué un paso crucial hacia el modelo estándar. En el año de su premio, en colaboración con Leonard Susskind de la Universidad de Stanford, sugirió una forma radical de sortear el problema de la jerarquía: sólo tiene que deshacerse del bosón de Higgs (ver aquí).
El punto de partida Weinberg y Susskind fué el rutinario protón.El protón está hecho de quarks unidos por gluones, que median la interacción nuclear fuerte, pero la mayoría de su masa no proviene de los quarks, sino de la energía contenida en los enlaces entre ellos. Estas "interacciones de color" son la expresión de la fuerza nuclear fuerte a las energías bajas del universo actual. Si un mecanismo similar hubiera estado en funcionamiento a las energías mucho más altas de los inicios del universo, Weinberg y Susskind razonaron, eso podría explicar por qué las partículas elementales como los quarks tienen masa, sin mencionar nunca al bosón de Higgs. Era una perspectiva nueva y brillante que llamaron "technicolor".
Pero pronto quedó claro que las matemáticas de la technicolor era tan intratables que hacían muy difícil el extraer predicciones comprobables de ella. Es más, lo poco que hicieron no concuerda bien con los resultados experimentales del Gran Colisionador de Electrones-Positrones (LEP), el acelerador principal del CERN hasta el 2001. Ajustes a la teoría disipan algunos de esos problemas, pero el brillo pronto se apagó de la technicolor.Una alternativa diferente se necesitaba.
A finales de 1990 Raman Sundrum, junto con Lisa Randall de la Universidad de Harvard, sugirieron uno. El problema de la jerarquía tiene que ver en como la inflada masa del Higgs forma las masas de las otras partículas conocidas, pero se puede replantear de otra manera: ¿por qué es la gravedad, la cual no está cubierta por el modelo estándar, mucho más débil que las otras fuerzas? Es, por ejemplo, casi 1034 veces más débil que la fuerza electromagnética. Si la gravedad fuera más fuerte, entonces las partículas que adquieren su masa a través del mecanismo de Higgs serían mucho más pesadas, y el problema de la jerarquía se disiparía. Por el contrario, encontrar una teoría con una explicación construida en por qué la gravedad es tan débil como lo es, y el problema se disuelve.
Las matemáticas de Randall y Sundrum sugirieron una nueva forma de llevar a cabo la debilidad deseada: una quinta dimensión invisible, además de las cuatro de nuestro espacio y tiempo. En esta imagen, nosotros somos como hormigas que viven en la superficie de dos dimensiones de una hoja de papel. Ellas rechazan el todo sin saber que su mundo también tiene una tercera dimensión infinitamente pequeña, del grosor del papel. Los modelos de Randall-Sundrum sugieren que las partículas mediadoras de la gravedad, los gravitones, prefieren llenar una parte de un universo 5D - uno de los lados de una hoja de papel, si se quiere. Los bosones de Higgs, por su parte, residen en "nuestro" lado. Esto limita la interacción de los gravitones con partículas tales como electrones y quarks que obtienen su masa a través del mecanismo de Higgs, y hace que la gravedad aparezca débil en nuestra aproximación 4D del espacio-tiempo. En una vista completa 5D, por su parte, ella es tan fuerte como el resto de las fuerzas.

Aparte de la complicación de una nueva dimensión, pronto se hizo evidente que los modelos de Randall-Sundrum también tenían otras dificultades que les hizo poco viables. Al igual que la supersimetría, los modelos predicen que las conocidas partículas tienen compañeras más pesadas - "resonancias" desde la dimensión superior -, pero éstas serían inferiores a las masas ya descartada por los colisionadores anteriores, como el LEP.
Y así, a falta de un rival fuerte, la supersimetría ha reinado supremo. Ahora, sin embargo, está en problemas. Por lo tanto, la última propuesta de un reemplazo: es la de unificar a la teoría technicolor y los modelos de Randall-Sundrum.
¿Cómo es eso? Todo se remonta a la "correspondencia AdS / CFT", un truco matemático derivado de la teoría de cuerdas por el físico Juan Maldacena, del Instituto de Estudios Avanzados en Princeton, Nueva Jersey, en 1997. Se mostró como una intratable teoría de interacciones fuertes en un espacio-tiempo de cuatro dimensiones como el nuestro se puede hacer mucho más manejable mediante la adición de una dimensión extra.
Randall y Sundrum vieron que esto podría formar un puente entre su teoría y la technicolor. "Fuimos los primeros en sentir de que podría haber alguna relación, pero no creo que sabíamos lo que estábamos hablando en el más mínimo detalle", dice Sundrum.Poco después, Maldacena sugirió una conexión entre las dos teorías, y otros comenzaron con entusiasmo a trabajar en los detalles.
En el 2001, había sido en gran medida establecido. Que la más prometedora teoria - technicolor que aún no había sido descartada por los datos no se deshace por completo del Higgs, pero dice que no es una partícula elemental. Por el contrario, es un compuesto de otras nuevas partículas elementales, un "estado asociado" más bien como un protón que es en realidad un manojo de quarks y gluones unidos.
Esta teoría todavía es difícil de manejar en su convencional, forma cuadridimensional.La correspondencia de Malcadena proporciona un análogo de Randall-Sundrum que es más fácil de tratar, pero invoca una quinta dimensión. Neubert piensa que la relación matemática hace de este un problema menor. "Cuando la gente habla acerca de estos modelos de Randall-Sundrum dice, '¿de verdad creen que hay una quinta dimensión? pueden obtener dos respuestas diferentes ", dice. "Sí, se puede tener una quinta dimensión. Pero también se puede decir que es una herramienta matemática para describir las teorías de tecnicolor. Es una y la misma cosa."
Usted puede ver la atracción. Después de un año de colisión de protones, el LHC no ha creado partículas supersimétricas, y apenas un signo de un convencional bosón de Higgs. Una teoría viable como technicolor que no necesita a ninguno de ellos de repente se convierte en atractiva.
Y si usted toma sus variantes de cuatro o cinco dimensiones, hace predicciones que el LHC debería ser capaz de poner a prueba. La compuesta partículas de Higgs predicha por algunos modelos technicolor- se cree que tiene una masa de entre 115 y 145 GeV, al alcance del LHC. Debería ser un caso de sesgo la búsqueda para buscar los productos de su desintegración, en lugar de aquellos de los convencionales del Higgs. Los modelos extra-dimensionales predicen más pesadas resonancias de las partículas conocidas con masas mayores a 1 TeV. Encontrar cualquiera de estas partículas sería un gran impulso para tales ideas.
No es que todo sea una conclusión predestinada. El ajuste fino todavía será necesario para hacer que cualquier teoría se ajuste a los datos. Y como Padhi señala, SUSY podría hacer una reaparición, si el LHC encuentra al squark stop con una masa de menos de 1 TeV, producido directamente y no como un producto de la desintegración de los más pesados squarks. "Desde el punto de vista experimental, lo que suceda con el ajuste fino, a quién le importa", dice Padhi. "Tenemos que asegurarnos de que no erramos en algo, si la teoría está de acuerdo o no".
Smoot también piensa así: la lección es que los investigadores en el LHC tendrán que echar sus redes en general. "Estamos dirigidos por teóricos que, cuando no tienen datos bloquean un hermoso modelo", dijo en Grenoble.
La esperanza y la expectativa es que en el próximo año,el gigante del CERN debería encontrar algo - cualquier cosa - que señale el camino hacia una teoría más reciente y más grande de la materia. Cada irregularidad, cada incongruencia es estudiada minuciosamente. Descubrimientos recientes como el de un desequilibrio inesperado en las tasas de decaimiento de partículas en un experimento del LHC, el LHCb, tienen a los teóricos afilándo sus lápices con interpretaciones rivales . ¿Es SUSY? O algo más?Con SUSY, existen pocas certezas, y las palabras de Huxley nunca podría haber sonado más ciertas. Sundrum se encoge de hombros. Cualquiera que sea lo que el LHC encuentre, dice, "Sólo le pido que sea interesante".





fuente de la información:






http://www.newscientist.com/article/mg21228421.400-the-truth-hurts-lhc-breaks-supersymmetrys-beauty.html

¿es posible viajar en el tiempo?.

Es fácil desestimar el viaje en el tiempo como nada más que ciencia ficción.

Después de todo, HG Wells escribió La máquina del tiempo a finales de 1800, pero todavía nadie ha construido una que funcione. Sin embargo no hay que rendirse,: estamos continuamente haciendo descubrimientos que nos pueden mostrar el camino a seguir – o descartarlo.
El viaje en el tiempo es inherente a los conceptos básicos de la relatividad general. La teoría de Einstein predice que el tiempo transcurre más lentamente en la fuerte gravedad, por lo que envejecen más lentamente los que viven en una cabaña que en un rascacielos: estándo más cerca del suelo, se está en la gravedad ligeramente más fuerte . Así que para hacer una máquina del tiempo, usted simplemente tiene que conectar dos regiones donde el tiempo fluye a diferentes velocidades.
Tomemos, por ejemplo, la Tierra y las inmediaciones de un agujero negro, donde la fuerte gravedad hace que el flujo de tiempo ocurra muy lentamente. Digamos que comenzamos con dos relojes marcando el lunes en los dos lugares. Cuando llega el Viernes en la Tierra, seguirá siendo sólo el miércoles por el agujero negro. Así que si usted pudiera viajar instantáneamente desde la Tierra hasta las cercanías del agujero negro, se podría viajar desde el viernes de vuelta hasta el miércoles.
La pregunta es, ¿se puede hacer? Sí - en principio. Según la teoría cuántica, la estructura del espacio-tiempo es una maraña de sub-microscópicos atajos a través del espacio y el tiempo conocidos como agujeros de gusano. Unos pocos pasos a lo largo de un túnel y se podría surgir años luz de distancia en el otro lado de la galaxia, o años en el pasado o el futuro. Es posible que las partículas fantasmales llamadas neutrinos ya podrían estar realizando tal hazaña .
Para el resto de nosotros, sin embargo, hay algunos problemas prácticos a resolver en primer lugar. Para usar un agujero de gusano para viajar en el tiempo, se tienen que vincular los tiempos y los lugares entre los que se desea viajar: lo que puede significar de alguna manera remolcar un extremo a las cercanías del agujero negro .
Manejar eso todavía tienes problemas: usted tendría que inflar el cuántico agujero de gusano hasta un tamaño macroscópico y encontrar una manera de mantener a su entrada y salida abiertas. Esto es un reto, ya que los agujeros de gusano son inestables y se cierran de golpe en un abrir y cerrar de ojos. Para mantenerlo abiertos, se necesita un tipo hipotético de materia con una gravedad repulsiva. No sabemos si tal materia exótica con la suficiente fuerza existe.Pero lo que sí sabemos es que para crear un túnel con una boca de un metro de diámetro - lo suficientemente amplia como para que alguien la atraviese- usted tendría que utilizar la energía total generada por una gran parte de las estrellas de nuestra Vía Láctea, en un año.
Debido a todo ese esfuerzo, una máquina del tiempo nunca nos llevará de regreso a los grandes momentos de la historia. Si encontramos un agujero de gusano, será por definición el primer momento en que los viajeros del tiempo al pasado serán capaces de alcanzarlo. Así que si se quiere ir a un safari de dinosaurios, se tiene una sola opción: encontrar una máquina del tiempo abandonada en la Tierra por los extraterrestres hace por lo menos 65 millones de años.
Sin embargo, podemos hacer algunas cosas interesantes con nuestra propia máquina del tiempo. Por ejemplo tan pronto como construyamos una, las futuras civilizaciones serán capaces de volver al pasado y visitarnos. Esto abre una posibilidad interesante: es posible que alguien vuelva y mate a un antepasado directo, haciéndo su propia existencia imposible? Este es el rompecabezas más famoso del viaje en el tiempo, la "paradoja del abuelo". Y resulta que la física cuántica puede tener una respuesta.
Desde hace años, los físicos cuánticos han estado "teletransportándo" partículas copiando la información que describe una partícula y pegándola en otra lejana. En enero, Seth Lloyd, del Instituto de Tecnología de Massachusetts y Aephraim Steinberg de la Universidad de Toronto, en Canadá, demostraron que las reglas cuánticas permiten que este tipo de teletransporte se realice en el tiempo y espacio (ver aquí). Debido a que los estados cuánticos de las partículas como los fotones y los electrones pueden ser afectados por las mediciones eso se hará en sus futuros, el viaje en el tiempo es algo natural para el mundo cuántico.
Los experimentos de Lloyd y Steinberg demostraron que, con los fotones, al menos, la mecánica del viaje en el tiempo conspira para mantener las nociones familiares de causa y efecto.Crearon fotones para viajar hacia atrás en el tiempo y luego voltean su estado de polarización. Este volteo corresponde a los fotones que entran en un estado que significaba que ellos podrían no haber viajado en el tiempo, en el primer lugar, y el nuevo estado "mata" al anterior.
Debido a las probabilidades involucradas en las mediciones cuánticas siempre había una posibilidad de que los procesos sucedieran o no sucedieran. Lloyd y Steinberg encontraron que cuando se creó un fotón para matar a su "abuelo", ya sea el viaje en el tiempo o el volteo de la polarización siempre fallaron.
Esto es un ejemplo de lo que Stephen Hawking en la Universidad de Cambridge llama la protección cronológica. Como la dificultad de crear un agujero de gusano para viajar en el tiempo demuestra, las leyes de la física parecen decididas a mantener las reglas del sentido común de causa y efecto. Sin embargo, la puerta de los viajes en el tiempo aún está firmemente abierta.





fuente de la información:




http://www.newscientist.com/article/mg21128331.300-about-time-is-time-travel-possible.html

vida cuántica,la extrañeza dentro de nosotros.

Ideas desde el lado extraño de la física podrían explicar algunos misterios de larga data de la biología.

Alguna vez se ha sentido un poco incoherente? O quizás usted ha tenido dos opiniones sobre algo, o incluso permanecido en un estado sensible. Bueno, aquí esta su excusa: tal vez eres esclavo de las extrañas reglas de la mecánica cuántica.
Tendemos a pensar que la interacción entre la física cuántica y la biología se detiene con el gato de Schrödinger. No es que Erwin Schrödinger quiso que su desafortunado felino – suspendido gracias a las reglas cuánticas en un estado simultáneo de estar a la vez vivo y muerto – fuera a ser algo más que una metáfora. De hecho, cuando escribió su libro de 1944 ¿Qué es la vida?, Especuló que los organismos vivos harían todo lo posible por bloquear la falta de claridad de la física cuántica.
Pero, ¿es ese el caso? Podrían las partículas que ocupan dos estados a la vez, las cuales interactúan aparentemente inexplicablemente sobre grandes distancias exhibir otros malos comportamientos cuánticos haciéndo que muchos procesos escenciales para la vida funcionen?.Al aceptar esta idea, dicen sus defensores, podríamos aprovecharla para mejorar el diseño de fármacos, de células solares de alta eficiencia y súper rápidos ordenadores cuánticos. Hay algo que tenemos que entender antes de hacerlo: ¿cómo lo cuántico se relaciona con la biología en el primer lugar?
Por un lado, se podría pensar,que no deberíamos estar sorprendidos de que la vida tiene un límite cuántico. Después de todo, la biología se basa en la química y la química tiene que ver con las acciones de los electrones atómicos - y los electrones son las bestias en el corazón de la mecánica cuántica. Eso es la verdad, dice Jennifer Brooks, quien investiga los efectos de la biología cuántica en la Universidad de Harvard. "Por supuesto que todo es en última instancia cuántico porque las interacciones de los electrones se cuantifican".

Por otro lado, los estados cuánticos en teoría son bestias delicadas, que fácilmente se alteran y destruyen por la interacción con su entorno. Hasta ahora, los físicos los han logrado producir y manipular sólo en entornos altamente controlados con temperaturas cercanas al cero absoluto, y sólo por fracciones de segundos. Encontrar los efectos cuánticos en el mundo grande, húmedo y caliente de la biología es como tener que tenerlos en cuenta en un gran proyecto de ingeniería, dice Brookes. "¿Qué tan útil es saber lo que los electrones están haciendo cuando usted está tratando de construir un avión?" , pregunta.
Podría ser que esta creencia popular este equivocada? Tome como ejemplo el olfato, el área de interés de Brookes. Durante décadas, la línea ha sido que el olor de una sustancia química está determinada por la forma molecular. Los receptores olfativos en la nariz son como cerraduras que se abren sólo con la clave correcta, cuando esa clave se acopla, desencadena las señales nerviosas que el cerebro interpreta como un olor particular.
¿Es eso posible? Tenemos alrededor de 400 receptores de olor de diferentes formas, pero pueden reconocer alrededor de 100.000 olores, lo que implica un ingenioso cálculo para combinar las señales de los diferentes receptores y procesarlos en distintos olores. Por otra parte, esa es sólo el tipo de cosas con las que nuestros cerebros están bien. Una crítica más contundente es que algunos productos químicos tienen olor similar, pero se ven muy diferentes, mientras que otros tienen la misma forma, pero un olor diferente. Los compuestos orgánicos vainillina y isovainillina, por ejemplo, tienen el olor diferente, pero son dos similares arreglos de la misma molécula (benzaldehído).
Existe una explicación alternativa. Hace unos 70 años, incluso antes de que el mecanismo de la cerradura y clave se sugiriera, el distinguido químico británico Malcolm Dyson sugirió que, al igual que el cerebro construye los colores de diferentes frecuencias vibratorias de la radiación de luz, el interpreta las frecuencias características en la que ciertas moléculas vibran como un catálogo de olores.
La idea languideció en la oscuridad hasta 1996, cuando Luca Turín, un biofísico entonces en el Colegio Universitario de Londres, propuso un mecanismo que podría hacer el trabajo de detección de vibración:el túnel del electrón. Este fenómeno resulta de la básica falta de claridad de la mecánica cuántica, y es fundamental en dispositivos que van desde microchips a los microscopios.Cuando un electrón está confinado en un átomo, no tiene una energía exactamente definida, sino tiene una extensión de energías posibles. Eso significa que hay una cierta probabilidad de que él simplemente perfore la barrera de energía que normalmente evita que se escape del átomo.
La idea de Turín es que cuando una molécula olorosa se aloja en el bolsillo de un receptor, un electrón puede atravesar la molécula de un lado a otro, desatando una cascada de señales en el otro lado, que el cerebro interpreta como un olor.Eso sólo puede ocurrir si hay una coincidencia exacta entre el nivel de energía cuantizado del electrón y la frecuencia de vibración natural del olor. "El electrón sólo puede moverse cuando todas las condiciones se cumplen", dice Turín. La ventaja, sin embargo, es que crea un aroma sin necesidad de un exacto ajuste de forma.
Era una idea polémica. En el 2007 Brookes, entonces trabajando en el University College de Londres, y sus colegas demostraron que el mecanismo es físicamente plausible: los plazos son consistentes con la velocidad con la que el cerebro responde al olor, y las señales generadas son lo suficientemente grandes como para que el cerebro las procese (ver aquí). Y en enero de este año Turín, ahora trabajando en el Centro de Investigación Alexander Fleming de Ciencias Biomédicas en Vari, Grecia, y sus colegas informaron de lo que parece ser una evidencia para la detección de vibraciones. Ellos demostraron que las moscas de fruta puede distinguir entre dos tipos de acetofenona, una base común para los perfumes, cuando una contiene hidrógeno normal y la otra contiene el más pesado deuterio. Ambas formas tienen la misma forma, pero vibran a diferentes frecuencias (ver aquí). Esa sensibilidad solamente puede significar el efecto túnel del electrón, dice Andrew Horsfield del Imperial College de Londres, uno de los autores en el papel de Brookes , en los modelos clásicos de flujo de electrones el electrón no sería sensible a la frecuencia vibratoria. "No se puede explicar sin el aspecto cuántico".
El olfato no es la única cosa que los defensores de la biología cuántica creen que pueden explicar: está también el mecanismo que acciona a todo el reino animal. Todos tenemos el adenosin trifosfato o ATP, una sustancia química producida en las mitocondrias de las células por el movimiento de los electrones a través de una cadena de moléculas intermedias. Cuando tratamos de calcular qué tan rápido sucede esto, llegamos a un problema. "En la naturaleza el proceso es mucho más rápido de lo que debería ser", dijo Vlatko Vedral, un físico cuántico de la Universidad de Oxford.
Vedral piensa que esto es debido a que depende de la calidad de "superposición", la cual permite al tipo de onda mecánico cuántica que describe a los electrones estar en dos sitios a la vez. Se calcula que la omnipresencia cuántica podría acelerar el paso de los electrones a través de la cadena de reacción. "Si se pudiera demostrar que la superposición está ahí y que de alguna manera también es importante para el flujo de electrones, sería muy interesante", dice.
Los primeros cálculos de Vedral apoyan la idea, pero él dice que es demasiado pronto para hacer ninguna afirmación. Es difícil calcular todos los parámetros involucrados en el transporte de electrones, y es posible que los cálculos clásicos acaben utilizándo los números equivocados. "Y como todavía no tenemos ninguna prueba experimental", dice. Dicha prueba podría estar muy cerca - en la forma en que las plantas y algunas bacterias obtienen su energía. Parece que la "fotosíntesis podría ser un gran juego cuántico.

Evidencia directa de que esto es así llegó en el 2007, cuando un grupo dirigido por Graham Fleming en la Universidad de California, en Berkeley, tuvo una mirada cercana de la fotosíntesis en el tepidum Chlorobium una bacteria verde del azufre. Se detectaron "pulsaciones" las señales características de interferencia de ondas cuánticas en los centros de la fotosíntesis de las bacterias enfriada a 77 grados Kelvin (ver aquí). En enero del año pasado, un grupo liderado por Gregory Scholes de la Universidad de Toronto, Canadá, mostró un efecto similar a temperatura ambiente en las proteínas captadoras de luz de dos algas marinas (ver aquí).
Este es un truco que nos gustaría aprender. A pesar de que la fotosíntesis no es particularmente eficiente en general, la etapa inicial de la conversión de fotones entrantes en energía de los electrones en las moléculas pigmentadas recolectoras de luz de un organismo fotosintético es muy eficaz.Cuando la luz solar es débil, las plantas son capaces de traducir más de 90 por ciento de los fotones en energía que transporta un electrón, en luz solar fuerte las plantas tienen que arrojar la mitad de la energía para evitar el sobrecalentamiento.
La explicación de Scholes para esto es que cuando la luz incide en los electrones, ellos son empujados a una superposición cuántica que les permite estar en dos sitios a la vez. Eso efectivamente "conecta" a las moléculas captadoras de luz al centro de reacción donde la fotosíntesis se lleva a cabo por unos pocos cientos de femtosegundos. Durante ese tiempo, un electrón puede, de acuerdo a las reglas cuánticas, tomar todas las rutas entre los dos lugares al mismo tiempo. El sondear el proceso más de cerca causa que la superposición colapse - y revele que el electrón ha tomado el camino en que pierde el mínimo de energía.
¿Podríamos tener una página del libro de biología? Scholes cree que sí. "Cada año hay miles de artículos publicados sobre la transferencia de energía", dice. "Suena duro, pero no hemos aprendido una cosa aparte de lo obvio". Una mejor comprensión de lo que está pasando también podría ayudarnos en el camino hacia la construcción de un computador cuántico que explote los estados coherentes para hacer cálculos múltiples a la vez.Los esfuerzos en ese sentido han sido hasta ahora frustrados por nuestra incapacidad para mantener la coherencia requerida por mucho tiempo - incluso a temperaturas cercanas al cero absoluto y en aisladas instalaciones experimentales donde las perturbaciones del mundo exterior se reducen al mínimo.
Este sigue siendo el dilema central para los físicos al estudiar los aspectos cuánticos de la biología. Si no podemos hacer estas cosas en nuestros laboratorios aislados, ¿cómo puede una hoja en su menos aislado jardín hacerlo? Si el petirrojo europeo pudiera hacer algo más que gorjear quizás ello también podría decirnos - y explicarnos sus aparentes superpoderes cuánticos (ver "La visión de las aves" al final del artículo).
Por el momento tenemos poco más que conjeturas. Una de ellas es que es simplemente una maravilla de la evolución. Scholes cree que las proteínas alrededor del equipo de recolección de luz de las algas podrían haber evolucionado estructuras que escudan las perturbaciones del medio ambiente y así permitir que los procesos internos exploten la magia de la física cuántica para darles una ventaja selectiva. Vedral piensa algo similar, aunque por qué y cómo la naturaleza hace esto, dice, "no está claro".
Turín se encoge de hombros, también. " 4 mil millones de años de la vida en la nanoescala habrán diseñado muchos milagros", dice. Debemos aprender a aceptar lo que vemos y tratar de imitar, dice - y no sólo en las células solares y los ordenadores cuánticos. Mientras que lo que hace a un fármaco eficaz o ineficaz no está nada claro, por ejemplo, sabemos que el funcionamiento de las cosas como neurotransmisores en el cerebro depende de las reacciones redox, las cuales todas tienen que ver con el flujo de electrones. Si estos flujos se dan de forma más extraña de lo que hasta ahora hemos imaginado, se podría abrir una nueva vía para diseñar fármacos para el tratamiento de algunos de nuestros males
Otros piensan que la naturaleza nos está llevando por el sendero del jardín. Es la fotosíntesis, por ejemplo, realmente hecha más eficiente mediante la explotación de la interferencia cuántica y los efectos de superposición? Creo que el jurado aún está deliberando sobre esta cuestión," dice Robert Blankenship de la Universidad de Washington en St Louis, Missouri. "Creo que es posible que, dependiendo de los detalles del sistema, se podría fácilmente disminuir la eficiencia." Simon Benjamin, un colega de Vedral en la Universidad de Oxford, se pregunta cómo podemos realmente poner larga duración a los estados cuánticos para trabajar si de hecho ellos no aparecen en los sistemas naturales. "Ciertamente es demasiado pronto para hacer afirmaciones dramáticas", dice.
Todos están de acuerdo en pisar con cautela en torno a este nuevo campo y es necesario tener precaución - sin embargo, hay una palpable sensación de emoción. Max Planck descubrió la teoría cuántica hace más de un siglo a causa de las observaciones extrañas que no podrían ser explicadas de otra manera. Eso llevó al láser y a los semiconductores, y a toda la revolución tecnológica que ellos han sembrado. La biología cuántica está en esa etapa inicial de observaciones inexplicables.Turín cree que algo grande está emergiéndo. "No puedo dejar de pensar que estamos viendo sólo una pequeña parte de un iceberg mucho, mucho más grande", dice.



La visión de las aves.

Otro ejemplo de los efectos cuánticos en biología podría estar en cómo las aves perciben el campo magnético de la Tierra . En el 2004, Thorsten Ritz, de la Universidad de California,en Irvine, demostró cómo las alteraciones magnéticas que sólo aparecen en los sistemas que permiten detectar las transiciones entre particulares estados mecánico cuántico del spin atómico podrían alterar el compás del petirrojo europeo, Erithacus rubecula.
Ritz sugiere que las aves vienen equipadas con un sistema de sensores que contiene los estados de spin el cual voltea en respuesta a cambios en el campo magnético de la Tierra, produciendo señales que el cerebro de las aves, de alguna manera detecta. Pero, ¿cómo?
La primera propuesta fué que algunos aparatos en el ojo inician una reacción química. Pero esto requeriría un constante y rápido volteo del spin para mantener la información química fluyéndo, mientras que las aves parecían mantener estados delicado del spin por tiempos extraordinariamente largos de hasta 100 microsegundos.
De acuerdo a Stoneham Marshall de la Universidad College de Londres y sus colegas, el problema podría ser superado si las aves utilizan algo similar a una peculiaridad visual humana en la cual se detecta la polarización de la luz,conocida como cepillo de Haidinger, esta superpone un ligero arco de color amarillo en nuestro campo visual, y se cree que resulta de la forma en que absorben la luz azul las moléculas de luteína que están dispuestas en círculos concéntricos dentro de nuestro ojo.
Stoneham calculó que un campo magnético puede producir una distorsión similar en el campo visual de un pájaro, la orientación que se modificaría con un cambio en el campo magnético.Fundamentalmente, eso se produciría sólo si los estados cuánticos duran lo suficiente como para afectar a muchas de la moléculas sensoras de la luz de las aves, al mismo tiempo.(ver aquí).





fuente de la información:




http://www.newscientist.com/article/mg21128321.500-quantum-life-the-weirdness-inside-us.html