Los primeros resultados de Einstein@Home

por Enrique

Muchos se recordarán del proyecto SETI@Home, cuya misión era la búsqueda de señales de vida inteligente provenientes del espacio exterior. La cantidad de datos para analizar era inmensa y la capacidad de cómputo muy limitada. Así surgió la idea distribuir la tarea utilizando la computadora de todas aquellas personas que estuvieran dispuestas a correr un programita que analizara parte de la señal, vestido en las ropas de un screensaver. El proyecto tuvo éxito. Varios miles de usuarios alrededor del mundo contribuyeron a analizar las señales detectadas en un radiotelescopio.

Einstein@Home es un proyecto que usa la misma idea de cómputo distribuido alrededor del mundo, conectado vía internet. El objetivo de Einstein@Home es la detección de ondas gravitacionales. Específicamente, de fuentes de ondas gravitacionales continuas. Este tipo de onda es prácticamente monocromática (compuesta de una sóla frecuencia) en el período de observación pero la frecuencia puede variar lentamente en intervalos de tiempo más largos. Hace unos meses salió el artículo The Einstein@Home search form periodic gravitational waves in LIGO S4 data en el arXiv, con los primeros resultados de Einstein@Home. El artículo tiene un fuerte cargamento de detalles técnicos que describen los cálculos realizados. Los resultados corresponden únicamente a la búsqueda de fuentes de ondas continuas. Este tipo de onda es emitida por un objeto estelar (como una estrella de neutrones) en rotación que presente deformaciones carentes de simetría axial.

En la situación ideal, en donde la fuente de emisión y el detector no están acelerados, el análisis sería sencillo y se podría realizar en un cluster de computadoras. Sin embargo, el detector (en este caso LIGO) se encuentra sobre la superficie de la Tierra y por lo tanto experimenta una aceleración debida tanto al movimiento de rotación como de traslación de nuestro planeta. Estos dos movimientos causan un efecto Doppler en la señal y modulan la frecuencia detectada. La modulación es diferente para diferentes posiciones de la fuente en el cielo. Las cosas se complican aún más si se toma en cuenta la aceleración que la fuente pueda tener debido a masas cercanas.

Lo que se hace entonces, es una comparación entre la señal medida y todas aquellas posibles señales con una frecuencia, una modulación y una posición en el cielo. Es decir, que se compara la señal medida con un banco de patrones de onda (template grid). Cada patrón se representa como un punto en un espacio de cuatro dimensiones. Una dimensión para cada parámetro: frecuencia, variación de frecuencia y dos coordenadas para la posición en el cielo (ascensión recta y declinación). El problema con esta búsqueda — a fuerza bruta de computadora — es que excede toda capacidad computacional disponible en el mundo. La situación viene siendo algo así: una persona enciende su radio y escucha un pedazo de una pieza de música clásica. Lastimosamente la persona no logra escuchar el nombre de la obra ni el autor. Decidido a encontrar el nombre de la obra, nuestro personaje encuentra en internet una base de datos de música clásica donde — supongamos — que puede buscar por compositor, año, estilo y tipo de instrumentos. Si hubieran 50 compositores en un período de 40 años, con 15 estilos musicales y 10 tipos de instrumentos; nuestro pobre personaje tendría que escuchar piezas musicales!!! Sigamos suponiendo y digamos que cada pieza dure 5 minutos. ¡Nuestro personaje tendría que pasar casi 3 años ininterrumpidos escuchando música, comparando el pedacito que oyó en la radio con toda la base de datos musical! Sería una tarea muy poco práctica de llevar a cabo. Afortunadamente existen métodos más eficientes de llevar a cabo la comparación de la señal y a eso agregamos el poder computacional de unos 50,000 voluntarios de Einstein@Home; que proveyeron unas 100,000 computadoras, el análisis de datos se puede realizar en un tiempo razonable.

Saltándonos todos los detalles técnicos, la conclusión es que: “Aunque no se encontró ninguna fuente creíble de onda continua en los datos de la corrida S4 de LIGO, los resultados establecen claramente que este tipo de proyecto de computación distribuida puede llevar a cabo una búsqueda creíble y sensitiva de este tipo de señales”. Así es que la búsqueda de ondas gravitacionales continúa. Cabe aclarar que este no es el único tipo de búsqueda que se realiza en los datos. Otros eventos que producen ondas gravitacionales son el proceso de colisión de dos agujeros negros o colisión de agujero negro con estrella de neutrones e incluso la radiación gravitacional de fondo dejada por el Big Bang. Los datos de los detectores también son analizados para entontrar este tipo de eventos.

Cuenta regresiva en el LHC

por Enrique

Cuando era estudiante de física en la San Carlos, siempre me maravillaba cuando leía sobre los experimentos de física de partículas. Sobre todo aquellos primeros que ocurrieron en los años 60’s y 70’s. Éstos aportaron la información necesaria para guiar la investigación teórica, culminando con el modelo standard de partículas elementales. Siempre me imaginé que en esos tiempos, la comunidad científica estaba a la expectativa de los resultados provenientes de los aceleradores de partículas. Físicos pendientes de información que pudiera expandir la frontera del conocimiento. Datos experimentales para confirmar o refutar modelos teóricos sobre los ladrillos fundamentales del universo. Sin duda, esa fue una época emocionante para la gente involucrada.

Ahora nos tocó a nosotros vivir la misma emoción, gracias a la creación del Large Hadron Collider (LHC). El LHC es el acelerador de partículas más grande que se haya construido, el instrumento científico más complejo creado hasta ahora. El LHC es un anillo de 27 Km de longitud por el cual circularán protones a una velocidad de 99.99% la velocidad de la luz. Los protones son acelerados y guiados por imanes superconductores, enfriados por un sistema criogénico de helio líquido a una temperatura 1.9 Kelvin (-271.3ºC). El canal por el que viajan los protones es tan vacío e incluso más frío que el espacio interplanetario. Los detectores serán capaces de observar 600 millones de colisiones por segundo, información suficiente para llenar más de 100 000 DVDs en un año, aproximadamente 15 millones de gigabytes. Los datos se analizarán y guardarán en diferentes centros de computación de alto rendimiento alrededor del mundo. Más detalles aquí.

Entre las cosas que el LHC puede encontrar, la más esperada es la detección del bosón de Higgs. Esta partícula es una predicción del modelo standard y es la responsable de darle masa a las partículas elementales. Si no se observase el bosón de Higgs en el LHC habría que repensar nuestras actuales teorías. ¡Vivimos tiempos emocionantes de nuevo!

Después de 20 años de construcción y preparación, el LHC está listo para hacer circular el primer haz de partículas para el 10 de septiembre. La cuenta regresiva y últimos preparativos están aquí. Esta página contiene fotos impresionantes del LHC.