Diez años de Fisired

¿Se acuerdan de la computadora que tenían en casa o en el trabajo hace diez años? Existe un lugar en donde todavía puede apreciar la tecnología de computadoras existente en 1998. Contrario a lo que se imaginan, este lugar no es un museo. Es un laboratorio de computadoras, activo y funcionando que se encuentra en la Facultad de Ingeniería de la USAC. Me refiero a la red de computadoras del Departamento de Física que — en su concepción actual — nació hace diez años, meses más o meses menos. Desde entonces, este lugar — mejor conocido como la Fisired — ha brindado su servicio a estudiantes, catedráticos y auxiliares del Departamento de Física; funcionando con la misma mentalidad, el mismo empeño y las mismas máquinas. A continuación, un poco de la historia.

Después de varios intentos de montar la Fisired con software propietario (o sea Windows y sus derivados), se optó por seguir el modelo de los laboratorios de cómputo de los departamentos de física en universidades de países desarrollados (agregando el detalle que el software libre es gratis y no había que preocuparse de la respectiva licencia). En otras palabras, se decidió utilizar el sistema operativo Linux. Montar la red sobre Linux fue un proceso lento. Por razones que no vienen al caso (más que nada, falta de dinero), no se pudo contratar a un experto en redes que se llegara a hacer cargo de todo. De tal forma, la administración de la red quedó en las manos inexpertas y el tiempo libre pero toda la buena determinación de un grupo de estudiantes de física (siendo yo uno de ellos) cuya motivación era establecer lo que sería la primera red de computadoras con Linux en todo el campus.

Hardware y Software

La primera versión de Fisired utilizó Linux Caldera y se cambió luego a RedHat. Las máquinas eran DTK, Pentium II 200 MHz, 32 MB de RAM y 2 GB en disco duro. Cinco años más tarde se hizo la compra de dos nuevas computadoras con características similares: Pentium III 1133 MHz, 512 MB de RAM y 33 GB en disco duro. Tiempo después se logró que la Facultad de Ingeniería comprara memoria RAM, con lo que algunas máquinas llegaron a tener 64 MB en RAM y el servidor quedó con un poco más de 1 GB.

Cuando las máquinas ya eran demasiado obsoletas para soportar RedHat 8 se cambió a Linux Gentoo, que es una distribución que se compila casi desde cero, pero ofrece la ventaja de poder optimizar mejor el software para el hardware viejo con que se contaba.

Con el paso del tiempo la máquinas se hicieron aun más obsoletas y ya no soportaban las actualizaciones de software de Gentoo. Se decidió entonces utilizar el Linux Terminal Sever Project (LTSP), de manera que el servidor haría todo el trabajo y las máquinas viejas sólo prestarían su teclado, ratón y pantalla. Es decir, serían terminales tontas.

Todo esto se hacía simultáneamente al proceso de trasiego de partes entre las computadoras que morían sin remedio y las que aun tenían lo suficiente para mantenerlas funcionando.

En cuanto a las aplicaciones de software que la Fisired ha ofrecido, son aquellas que vienen con el software libre: OpenOffice, LaTeX, Octave, Emacs, Gnuplot y los compiladores de C/C++ y Fortran, entre otras.

Única en su género

En varios aspectos la Fisired presenta características únicas, las cuales no siempre son modelos a seguir, pero seguro que sí son modelos de inspiración. Por ejemplo, el hecho de que las terminales tontas sean máquinas con diez años de antigüedad es producto de la falta de apoyo económico y la persistencia de no dejar morir la Fisired. Lo cual me trae a otra de sus características especiales: sus administradores. Todos han sido estudiantes de la carrera de física que han aprendido Linux a base de uso frecuente y búsquedas en internet.

A lo largo de estos diez años, la Fisired se ha visto amenazada con su cierre. Muchos la han visto como un estorbo más que una ventaja. Esto se debe a que nunca faltan personas que quieren ver el beneficio inmediato subestimando el beneficio a largo plazo. Es decir, a los ojos de muchos, es mejor ver un laboratorio de cómputo con Windows lleno de estudiantes, en lugar de uno con Linux utilizado por algunos valientes curiosos.

Sin embargo, a pesar de los reveses, la Fisired ha tenido éxito. Su sola existencia es ya un logro per se y sus beneficios se extienden más allá de la necesidad de escribir un reporte o navegar en internet. La exposición directa del usuario a herramientas gratuitas de primer nivel (que pone a muchos paquetes caros en ridículo) provee del mismo software que los investigadores del primer mundo utilizan. Por ejemplo, para programar sólo se necesita un editor de texto y el compilador en la línea de comandos. Los artículos científicos y todo documento elegante se escriben utilizado LaTeX, creando gráficas con Xmgrace o Gnuplot. ¿En qué otro campo se ve que uno pueda adquirir el conjunto de herramientas profesionales de gratis?

El legado de Fisired

Aunque suene pomposo, la Fisired tiene su legado. El cual ha sido asimilado especialmente por los estudiantes de física. En el momento que la Fisired empezó a funcionar sobre Linux, se estableció un punto de compatibilidad con los departamentos de física en países avanzados. Menciono algunos casos en los que la Fisired jugó y ha jugado un papel esencial. Comento sobre ellos en particular porque son los que vi y viví yo mismo cuando era estudiante en la USAC. Estoy seguro que hay más ejemplos parecidos de los cuales no tengo conocimiento.

Formación de estudiantes Todo lo que uno aprende llega a servir, tarde o temprano. Este es mi propio caso. Cuando empecé la maestría en física en Texas, me mostraron mi escritorio y una computadora y me dijeron: “Esta va a ser tu máquina, aquí están los discos de instalación de Linux”. Lo que había aprendido en la Fisired fue invaluable. En los meses siguientes me terminé de dar cuenta del papel central que juega Linux como sistema operativo en la física computacional.

Camino a la investigación Gracias a la Fisired, fue natural la instalación del programa IRAF, el cual es una aplicación para análisis de datos e imágenes astronómicas. Dicho paquete fue utilizado por Eduardo Rubio (compañero de carrera y ahora tambíen columnista de la revista Magacín) en su trabajo de tesis de licenciatura.

Programación en paralelo La Fisired proporcionó la infraestructura necesaria para explorar el campo de la computación de alto rendimiento, en la cual se hace uso de supercomputadoras y computación paralela para desarrollar simulaciones de problemas complejos. Héctor Pérez (también compañero de carrera) estuvo detrás de lo que probablemente fue el primer intento de computación en paralelo en nuestro país. Desafortunadamente, debido a que las computadoras eran ya obsoletas y muy diferentes entre sí, los resultados de rendimiento no fueron lo que se esperaba. Además un proyecto de este tipo no puede avanzar mucho si únicamente cuenta con el tipo libre que un profesor le dedica de forma voluntaria.

Quiero comentar también acerca de un papel que la Fisired ha jugado y del cuál me percaté recientemente. En las universidades (al menos las de aquí en EEUU) existen salones llamados student lounges, los cuales son lugares en donde los estudiantes se reunen ya sea a trabajar, estudiar, leer el periódico, jugar ajedrez o simplemente socializar con los compañeros. Cada vez que paso frente al undergraduate student lounge aquí en el Departamento de Física de Maryland me recuerda fuertemente a la Fisired. Así que hasta en eso la Fisired hace que la USAC se parezca a las universidades del primer mundo.

Décimo aniversario

La idea de este post surgió mientras platicaba con Edgar Cifuentes, el pasado mes julio durante mi visita a Guatemala con motivo de ConverCiencia. Edgar Cifuentes ha sido el coordinador de la carrera de física durante los últimos años y el autor intelectual de Fisired. Fue gracias a su idea de parecernos a las universidades del primer mundo, que se inició el proyecto de la red Linux en el Departamento de Física de la USAC. El beneficio a largo plazo es tangible y los hechos lo comprueban.

Y como los números redondos son ideales para festejar, con esa excusa quiero enviar mis sinceras felicitaciones y agradecimiento a todos los que han contribuido en su momento a que la Fisired siga funcionando a pesar de todas las dificultades económicas y administrativas. La Fisired es testimonio de la voluntad que existe para hacer algo diferente y poder mejorar. Dados los modestos resultados, me deleita pensar en lo que se podría lograr con un poco más de apoyo.

Agradezco la información que me proporcionó Héctor Pérez y Walter Alvarez para escribir este post. Sé que me quedé corto en detalles y que seguramente no le hice justicia a todos. Así que todo protagonista de esta saga, siéntase libre de agregar o corregir en la sección de comentarios

¡Salud!

Así se veía la Fisired... de hecho todavía se sigue viendo así.

Addendum
Hablando de números redondos, ¡me acabo de dar cuenta que este es el post número 100!

Guateciencia en CONVERCIENCIA

La próxima semana, del 20 al 24 de julio, se llevará a cabo CONVERCIENCIA 2009. Esta actividad CONCYT la ha estado realizando durante los últimos años y consiste en invitar a científicos guatemaltecos que se encuentran en el exterior para intercambiar con sus correspondientes colegas en Guatemala y también con el público en general. Tres de los autores de Guateciencia, Enrique Pazos, Eduardo Ortiz y Eduardo Rubio están dentro de los invitados, Gustavo Ponce ha sido un habitual invitado a esta actividad pero desafortunadamente este año no podrá estar con nosotros.
La programación completa de la actividad pueden consultarla en el sitio del CONCYT y hay otras programaciones específicas en las Universidades Rafael Landivar, Del Valle y San Carlos que iremos agregando en los comentarios mas adelante. la programación que nos compete directamente es la siguiente:
Actividades en la Universidad de San Carlos de Guatemala
Miércoles 22 de julio de 2009
Jornada matutina “Escuela de Ciencias Físicas, Matemáticas y Astronomía”
Conferencias en el Salón de Conferencias del Departamento de Física Edificio T-1 Segundo Nivel
09:00 10:00 “Matemáticas financieras” Eduardo Ortíz, Universidad de Oxford
10:00 11:00 “Dimensiones extra exponencialmente grandes” Fernando Quevedo, Universidad de Cambridge
Conferencia en el Departamento de Matemática
11:00 12:00 “Un hilo: Series de potencias racionales, códigos secuenciales y periodicidad de secuencias” Sergio López, Universidad de Ohio
Reunión en Rectoría
12:00 15:00 Reunión de los científicos visitantes con autoridades de la Universidad de San Carlos para apoyar la creación de la “Escuela de Ciencias Físicas, Matemáticas y Astronomía” como una nueva unidad académica de la USAC Jornada vespertina “Año Internacional de la Astronomía” Conferencias en el Salón de Conferencias del Departamento de Física Edificio T-1 Segundo Nivel
15:00 16:00 “Astronomía con ondas gravitacionales”, Enrique Pazos, Universidad de Maryland
16:00 17:00 “Pulsares: Fascinantes despojos estelares”, Eduardo Rubio, Universidad de Amsterdam

Como pueden ver nuestras actividades están conectadas con la celebración del Año Internacional de la Astronomía y con el proyecto para la creación de una unidad académica de física matemática y astronomía en el seno de la Universidad de San Carlos, este proyecto se encuentra actualmente pendiente de dictamen en la Comisión de Política y Planificación del Consejo Superior Universitario y empezó ha gestarse justamente a raíz de CONVERCIENCIA con el apoyo inicial de Fernando Quevedo y Gustavo Ponce y luego de todos los asistentes a las dos ultimas ediciones del evento y esperamos que el proyecto se concrete en la Escuela de Ciencias Físicas, Matemática y Astronomía en lo que queda del año tomando en cuenta la necesidad de la misma que está plenamente justificada en varios de los post que hemos estado escribiendo los autores de este sitio.  Así que están invitados todos a que nos acompañen y apoyen.

Guardando información como un holograma

Hace unos días Gustavo compartió un link en facebook que me trajo muchas cosas a la mente. Se trata de uno de esos ejemplos en donde un científico investiga un proceso natural sin aplicación alguna en ese momento y años después resulta que es la base de una tecnología novedosa. En este caso me refiero a los hologramas. Originalmente, la holografía fue descubierta por el físico húngaro Dennis Gabor en 1947. Gabor fue galardonado con el premio Nobel de física en 1971 por su trabajo.

Los hologramas son realmente asombrosos. Cuando leí sobre ellos por primera vez, me pareció increíble que un patrón bidimensional como este:

pudiera almacenar información tridimensional sobre la escena que lo originó. Cuando era estudiante de física en la USAC, entre el equipo para experimentos de óptica, había un par de placas holográficas. No eran nada especial. Tenían la apariencia de un pedazo de vidrio rectangular con un patrón como en la foto de arriba. La magia del holograma podía ser invocada sólo con una fuente de luz coherente, es decir, con un láser. Al hacer pasar la luz del láser por un par de lentes para ensanchar el rayo de luz de tal forma que iluminara toda la placa, la imagen original aparecía y realmente tenía información tridimensional. Al ver la imagen desde diferentes ángulos, la perspectiva cambiaba y objetos que estaban ocultos detrás de otros aparecían al explorar la escena. Esa fue una experiencia extraordinaria, especialmente porque no pude encontrar el manual del experimento y me las tuve que arreglar como pude, tratando de reproducir el holograma como se mostraba en los libros de óptica. Al final no fue tan complicado, pero el hecho de no tener la garantía de éxito que da el seguir un manual paso por paso, añadió más emoción al resultado final.

Así es que cuando vi que en tres años sería posible tener la capacidad de 100 DVD’s en un sólo disco gracias a la holografía, no pude pasar por alto este hermoso ejemplo. Una muestra más de que la investigación científica no rinde resultados tecnológicos a corto plazo. Para que la ciencia sea realmente una inversión y una ganancia se le debe dar apoyo y seguimiento continuo. ¡Qué se iba a imaginar Gabor en 1947 que su trabajo podría ser utilizado como el principio físico de un sistema de almacenamiento de información!

Gravedad clásica y cuántica

Ese fue el tema de la conferencia llamada AbhayFest, celebrada en honor del cumpleaños número 60 de Abhay Ashtekar y llevada a cabo en Pennsylvania State University. Ashtekar es un físico que ha hecho contribuciones en el campo de la gravedad cuántica, especialmente en la teoría conocida como loop quantum gravity. Esta teoría, también conocida como geometría cuántica, busca unificar los conceptos de la teoría de la Relatividad General con la Mecánica Cuántica. La idea es obtener una descripción cuántica de la gravedad, la cuál es necesaria para explicar el comportamiento de las singularidades en el interior de los agujeros negros y la singularidad misma del Big Bang.

Dado que la conferencia era para celebrar el cumpleaños de Ashtekar, en cierta forma era un evento especial. Contó con la presencia de gente que ha hecho importantes contribuciones en la rama de la física gravitacional. Algunos de ellos también han escrito libros de texto y de divulgación científica. Entre ellos estaban James Hartle, Carlo Rovelli, Robert Wald, Lee Smolin y Roger Penrose, entre otros.

Algunos de los temas a tratar fueron: el papel del tiempo en la mecánica cuántica, entropía de agujeros negros, relatividad numérica y ondas gravitacionales, teoría cuántica de campos en espaciotiempo curvado, cosmología cíclica y otros más. Fue toda una gama de tópicos para todos los gustos. En lo personal me gustó la charla de Rovelli quién presentó una revisión del concepto de partícula en teoría cuántica de campos en espaciotiempo curvado. Otra que me gustó fue la charla de Gambini en donde exploraba las consecuencias de considerar al tiempo como una cantidad sujeta a fluctuaciones cuánticas e incertezas en lugar del parámetro clásico que se conoce con infinita precisión. Penrose presentó la idea la cosmología cíclica en dónde el final de un universo es el principio de otro y si esto tendría alguna consecuencia observacional en la radiación cósmica de fondo. ¡Estas conferencias son una de las mejores motivaciones para querer estudiar física!. Hay problemas sin solución esperando ser resueltos y acertijos que desafían la imaginación.

Roger Penrose también dio una charla para público general en un auditorio que se llenó tanto que la tuvieron que cambiar a otro lugar más grande. Fue una presentación muy amena en términos coloquiales sobre las teorías físicas actuales, sus logros, consecuencias y el posible futuro de las mismas. La mejor parte fue la cena del viernes, en donde después de la misma los amigos y colegas del cumpleañero contaban anécdotas e historias que bien sirven de ejemplo y hasta de inspiración.

Fue una buena experiencia haber asistido. Considerando que fue una decisión de última hora y un viaje casi improvisado.

Los Científicos Opinan Acerca de los Agujeros Negros

Este sitio contiene entrevistas (lamentablemente en inglés) realizadas a diferentes científicos de la comunidad internacional con preguntas acerca de agujeros negros. La compilación fue realizada por Bernard Schutz persona que participa activamente a la cabeza de varios experimentos para detectar ondas gravitacionales, y contiene las explicaciones de teóricos como Kip Thorne famoso por sus contribuciones al diseño del LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory) y sus teorías sobre agujeros negros y astrónomos observacionales como Reinhard Genzel. Este úlitmo lidera un grupo de astrónomos que ha observado y confirmado la existencia de estrellas moviéndose en órbitas cerradas alrededor de un agujero negro gigantesco en el centro de nuestra propia galaxia, en la región conocida como Sag A*.

Espero las disfruten.

http://www.scienceface.org/

¿Qué es ese Ruido?

Radiación Cósmica para Principiantes
parte 2: La Historia del Descubrimiento

Una Medida del Exceso de Temperatura de Antena a 4080 Mc/s

(Penzias & Wilson, 1965)

Así fue reportado uno de los mayores hallazgos de la cosmología moderna: como un exceso, un sobrante, un ruido, por A. Penzias & R. Wilson, en 1965. Trece años después recibirían el Premio Nobel por este descubrimiento fortuito.

El artículo en el que Penzias & Wilson reportaron el descubrimiento de la CBR.

Penzias & Wilson desconocían el origen del ruido que su antena captaba en todas direcciones y sin variaciones apreciables de un mes a otro, pero mencionan en su artículo

Una posible explicación para el exceso de ruido observado en la temperatura es la que dan Dicke, Peebles, Roll y Wilkinson en una carta en esta misma revista.

(Penzias & Wilson, 1965, taducción: G. A. Ponce)

Efectivamente, Dicke y su grupo, trabajando en Princeton, tenían razones para creer que el universo debería contener radiación térmica como remanente de épocas en las que la temperatura universal era muy alta. Construyeron un detector de microondas para medir esta radiación, pero Penzias & Wilson se les adelantaron. En sus propias palabras:

Aunque no hemos obtenido resultados con nuestro instrumento, nos hemos enterado de que Penzias y Wilson (1965) de los Laboratorios Bell han observado radiación de fondo a 7.3 cm de longitud de onda. Tratando de eliminar (o justificar) cada contribución al ruido visto en la salida de su receptor, terminaron con un residuo de 3.5 ° ± 1 °K. Aparentemente, esto sólo puede deberse a radiación de origen desconocido entrando en la antena.

(Dicke, Peebles, Roll & Wilkinson, 1965; traducción: G. A. Ponce)

Sólo después de que se estableció, a principios de los 1970’s,  que el “ruido” detectado era de origen cosmológico, la comunidad científica se dio cuenta de que la CBR había sido predicha y detectada varias veces a partir de los 1940’s.

McKellar (1941). basado en las observaciones de Adams sobre radiación en el medio interestelar  había encontrado que el espectro emitido por moléculas interestelares de cianuro mostraba que las moléculas estaban en un baño térmico a 2 K:

También, de los resultados de Adams sobre líneas de CN interestelar, se puede calcular que la temperatura “rotacional” del espacio interestalar es cercana a 2° K.

(McKellar, A., 1941; traducción de G. A. Ponce)

Pero en ese artículo no se hace ninguna referencia al posible origen de esta temperatura, que sólo posteriormente ha sido asociada con la de la CBR.

La primera predicción sobre la posible existencia de la CBR fue hecha por  Alpher y Herman (1948) , basada en trabajos que habían hecho en estrecha colaboración con G. Gamow sobre física nuclear y producción de elementos en un universo en expansión. Utilizando los valores aceptados en la época sobre la cantidad de materia y la edad del universo, estimaron una temperatura cercana a los 5 K. Posteriormente, estos autores calcularon un valor de 28 K, basados en los datos –hoy se sabe que eran incorrectos– de A. Behr. Los trabajos de Alpher, Herman & Gamow no han gozado, hasta la fecha, del debido reconocimiento, como lo ha hecho notar el mismo Herman (1997) un poco amargamente.

…Alpher y yo hemos contemplado algunas de las ventajas y desventajas de vivr un tiempo relativamente largo. En el presente contexto hemos tenido el enorme placer del proceso creativo, y el dolor de la falta de reconocimiento apropiado a las contribuciones de Gamow, Alpher y Herman, y una medida de satisfacción al darnos cuenta que, a la larga, algunos de nuestros colegas científicos ven nuestras contribuciones tempranas como meritorias.

(R. Herman, 1997; traducción: G. A. Ponce)

En la década de los 1950’s y a principios de los 1960’s hubo varias detecciones de “ruidos” de unos cuantos Kelvin por parte de Shmaonov, en Rusia, Le Roux, en Francia, y Rose, DeGrasse y Ohm en USA, algunos usando antenas de radar sobrantes de la 2a. guerra mundial, y otros rudimentarios radiotelescopios para astronomía y/o telecomunicaciones. Hoy sabemos que se trataba de la CBR, pero en su momento ninguna de las medidas fue interpretada en ese sentido.

A mediados de los 1960’s, el grupo de Dicke y sus colaboradores en Princeton empezaron a buscar sistemáticamente la CBR, y Zeldovich, Doroshkevich & Novikov en la Unión Soviética hicieron cálculos parecidos a los de Alpher & Herman y sugirieron que la CBR podría detectarse utlizando un satélite. Quizá, si Penzias & Wilson no hubieran existido o no hubieran reportado el “ruido” de su antena, alguno de estos dos grupos hubiera hecho el descubrimiento tarde o tempranno.  Esa fue la época en la que, por decirlo así, el mundo estaba preparado para el descubrimiento. Las predicciones y observaciones anteriores indiscutiblemente se adelantaron a su tiempo.

Para establecer la naturaleza cosmológica de la CBR y su espectro de cuerpo negro, del que hablaremos largo y tendido más adelante, fue necesario hacer muchas más medidas que, durante los 1970’s y los 1980’s terminaron por convertir el estudio de la CBR en una de las ramas más importantes de la cosmología moderna, y nuestra principal fuente de información sobre el universo temprano. Pero fue sólo hasta 1989, cuando se se lanzó el satelite COBE (Cosmic Background Explorer), que se empezaron a obtener datos más precisos y se abrió el camino para las misiones WMAP y Planck que, hoy por hoy, nos están permitiendo tener una idea más clara de cómo ha evolucionado en universo.

¿Porqué habiendo resultados,  teóricos y observacionales, la comunidad científica tardó tanto tiempo en darse cuenta de que se había descubierto la CBR? ¿Porqué le dieron el Premio Nobel a Penzias & Wilson y no, por ejemplo, a Alpher & Herman? ¿Porqué Julio Gallegos ha dedicado diez años de su vida a trabajar en la misión PLANCK?

No lo sabemos. La ciencia moderna funciona así. No es creación de una sola persona sino fruto del trabajo colectivo, y no siempre todos los que han colaborado para lograr un descubrimiento reciben reconocimiento por el mismo. Lo que sí está claro es que los resultados importantes, sean reconocidos o no, los obtienen personas que han dedicado su vida al estudio y trabajan con muchas ganas. No le llegan por arte de magia a los que pasan la vida tirados en una hamaca o enredados eternamente en antinomias de cafetería.

PLANCK: High Frecuency Instrument (HFI)

Después del lanzamiento, me resulta un poco raro hablar de los instrumentos de Planck. De alguna forma ahora son más reales, hoy se empezarán a encender los sistemas de criogenía y los instrumentos en un proceso bastante largo (55 días) para comprobar su buen funcionamiento, calibrarlos y evaluar el nivel de sensibilidad alcanzado.  Bueno, pues mejor escribir sobre HFI antes de que se acabe la misión.

El Instrumento de Alta Frecuencia de Planck (HFI) trabaja en seis frecuencias entre 100 y 857 GHz. Los detectores del HFI son bolómetros, que consisten en dispositivos que reciben la radiación que es absorbida por una rejilla cuya impedancia está equilibrada con la del vacío, incrementando la temperatura de termómetros de estado sólido.  En pocas palabras, unos termómetros muy avanzados, capaces de medir 1 millonésima parte de la temperatura del CMB, por ejemplo a 100 GHz, 2.5 micro K al final de la misión.

Para poder alcanzar tal precisión, los bolómetros deben estar refrigerados a una temperatura de 100 mK (1/10 parte de Kelvin sobre el cero absoluto).

Estos bolómetros no son sensibles a una frecuencia específica, por lo que necesitan definir el ancho de banda por medio de bocinas, filtros y lentes; que además conducen la radiación hacia los detectores.

HFI lleva dos tipos de bolómetros

Esquemático de HFI

HFI en calibración

los spider-web (por la forma de tela de araña de la rejilla) y bolómetros sensibles a la polarización. En total 20 bolómetros son spider-web (sin polarización) y 32 son sensibles a la polarización.

La siguiente tabla resume las características de los detectores de HFI.

Característica del Instrumento	Frecuencia Central en GHz
	100	143	217	353	545	857
Resolución espectral frecuencia/Deltafrecuencia	3	3	3	3	3	3
Tecnología del detector	Bolómetros Spiderweb y sensibles a polarización
Temperatura del detector	0.1 K
Sistema de refrigeración	20K Sorption Cooler + 4K J-T + 0.1 K Dilution
Número de bolómetros Spiderweb	0	4	4	4	4	4
Número de bolómetros sensibles a la polarización	8	8	8	8	0	0
Resolución angular (FWHM minutos de arco)	9.5	7.1	5.0	5.0	5.0	5.0
Temperatura equivalente de ruido del detector	50	62	91	277	1998	91000
DeltaT/T intensidad (10-6 microK/K)	2.5	2.2	4.8	14.7	147	6700
DeltaT/T polarización (U y Q) (10-6 microK/K)	4.0	4.2	9.8	29.8	—	—

El asombro causado por el RNA

No hay duda que ver el cielo nocturno es motivo de inspiración y admiración. El hecho de poder contemplar y entender el orden natural es una experiencia que cambia nuestra percepción del mundo que nos rodea. Pero no sólo a escalas astronómicas se puede uno maravillar. La escala microscópica también está llena de sorpresas.

De antemano pido disculpas a los expertos en el tema por mi exposición amateur y simplificada del tema. Espero poder profundizar más en el futuro en esta área de la ciencia que siempre me ha llamado la atención.

Ayer fui al seminario del grupo de biofísica. La charla trataba sobre patrones elementales en la arquitectura de RNA. El ácido ribonucleico o RNA juega un papel fundamental en los ciclos bioquímicos de toda célula. La información genética contenida en el ADN es copiada a moléculas de RNA las cuales codifican diferentes tipos de proteínas que la célula necesita. Además, el ADN también contiene información estructural, es decir, la estructura de las largas cadenas de RNA está codificada también en el ADN. Hasta aquí no hay nada nuevo. Esto es lo que uno aprende en el colegio. Las cosas se ponen interesantes al darnos cuenta que el RNA presenta diferentes tipos de estructura, al igual que las proteínas. La estructura primaria es la secuencia misma de nucleótidos (Adenina, Citosina, Guanina y Uracilo). La estructura secundaria es de carácter local. Los nucleótidos se acomodan en forma de hélices o de hojas planas. La estructura terciaria es la forma tridimensional de la molécula, propiamente dicha. La forma en la que los nucleótidos se distribuyen en tres dimensiones es lo que determina las propiedades químicas de la molécula; es decir, con qué compuestos reacciona y con cuáles no. La interacción química entre estas biomoléculas es el substrado mismo de la vida. Es decir, la vida no existiría si estos procesos químicos no se llevaran a cabo en las células. Es así que el poder predecir la estructura tridimensional del RNA a partir de su estructura primaria es uno de los pasos elementales para entender el proceso de la vida. Esto es lo que estudia la bioquímica, biofísica, biología molecular y más recientemente la bioinformática.

En la charla, el problema consistía en que si conocemos la estructura secundaria del RNA, como esta:

tenemos que averiguar cómo es que la molécula se “dobla” en tres dimensiones para formar una estructura como esta:

Imágenes tomadas de aquí, donde hay más detalles de las mismas. Es impresionante que partes que están alejadas en el diagrama en dos dimensiones, pueden quedar muy cerca y de hecho interactuar entre ellas, una vez que la estructura tridimensional es alcanzada.

Ya mencionamos la importancia biológica de la estructura tridimensional, ahora ¿dónde entra la física en esto? Esa es la parte asombrosa, pues las interacciones entre los átomos de carbono, nitrógeno, hidrógeno, etc. que conforman los nucleótidos y — en general — toda la secuencia de RNA están regidos por la fuerza electrostática. Sí, la única fuerza que entra en consideración es el potencial electrostático de Coulomb. Ya sea que se utilice mecánica cuántica para encontrar los niveles de energía de la molécula, o puramente mecánica Newtoniana para analizar la dinámica molecular; la fuerza fundamental que entra en el juego es la fuerza electrostática entre las cargas positivas y negativas. Por muy complejos que sean los ciclos biológicos, al final todo se reduce a interacciones electrostáticas entre átomos y moléculas.

Muchas veces, al ver el funcionamiento celular nos hacemos preguntas como esta: ¿cómo sabe el RNA qué forma tomar? Obviamente, es una sólo una forma de hablar. La molécula no sabe nada, no piensa nada. Todo es una perfecta orquestación de armonía y sincronización regida por la leyes naturales. ¿No es asombroso?

Foro: “La importancia del desarrollo de la ciencia y la astronomía”

Lugar: Aula Virtual del Departamento de Física de la Facultad de Ingeniería (Edificio T-1, Segundo Nivel, Ciudad Universitaria, Zona 12)

Día: Martes 24 de marzo de 2009 a las 11:00 horas

Un poco de Historia:

Las carreras de licenciatura en física y licenciatura en matemática fueron creadas en la USAC a inicios de los años 80, con profesores que principalmente provenían de la UVG, donde estos programas ya existían. Sin embargo a lo largo de todos estos años el número de graduados sigue siendo pequeño. Bajo la motivación de la Oficina Regional de Ciencia y Tecnología de la UNESCO y el apoyo incial del Centro Latinoamericano de Física se promovió la creación de un programa de maestría en física que actualmente está funcionando pero de manera muy precaria.

Las dos carreras deben su creación a profesores de los Departamentos de Física y Matemática de la Facultad de Ingeniería quienes la promovieron con el fin de formar profesionales en estas dos disciplinas. Pero al estar dentro del seno de la Facultad de Ingeniería y tener una inscripción muy baja respecto de las otras carreras de la Facultad ha provocado que no haya sido nunca prioritaria para la Facultad. Esta situación llevó a que se reviviera el viejo sueño de crear una Facultad de Ciencias en la USAC, pero la disparidad que existe en este momento entre las carreras de biología y química, quienes ocupan un lugar muy importante dentro de la estructura de la Facultad de Ciencias Químicas y Farmacia, y las de matemática y física, al interior de la Facultad de Ingeniería no hacen viable por el momento la unificación de las mismas bajo una Facultad, por lo que hemos visto que una buena alternativa es la creación de una Escuela de Ciencias Físicas, Matemática y Astronomía.

Para esta propuesta estamos aprovechando la conjunción de varios factores uno de ellos es la promoción que ultimamente se ha conseguido de la Ciencia a través de la Semana Nacional de Ciencia, Tecnología e Innovación y los encuentros de CONVERCIENCIA promovidos por CONCYT, el ambiente internacional con la celebración en este 2009 del Año Internacional de la Astronomía y sobretodo de la buena disposición de las actuales autoridades de la Universidad de San Carlos de crear esta Escuela para que estas carreras puedan desarrollarse de una mejor forma, para convertirse en la primera Unidad Académica de la USAC que le de importacia primordial a la investigación. Por otra parte quisieramos que la grandeza en astronomía y matemática que se tuvo en la epoca prehispánica se retome en nuestro país

El Foro:

Por este motivo el martes 24 de marzo a las 11:00 horas estaremos desarrollando el Foro: “La importancia del desarrollo de la ciencia y la astronomía” con la presencia de los profesores Armando Arellano del Instituto de Astronomía de la UNAM y Gustavo Ponce de la UNAH, junto a autoridades de la Universidad de San Carlos y quienes estamos interesados en el avance de estas dos importantes áreas de conocimiento. Por lo que a través de este foro los invito a que nos acompañen el martes en esta reunión y nos apoyen en las futuras acciones que tomemos sobretodo cuando la propuesta llegue al Consejo Superior Universitario CSU para su aprobación.

Ojala ahora si exista un ambiente mas favorable en el CSU para que finalmente se pueda crear la Escuela y no ocurra lo que ya pasó en 1968 cuando una propuesta similar la vieron con buenos ojos pero finalmente ya no se implementó o en 1944 cuando crearon la Facultad de Humanidades pero no la Facultad de Ciencias.

El Poderoso Qubit

Mientras los científicos e ingenieros del CERN se afanan en reparar el Large Hadron Collider, con la esperanza de encontrar – entre otras cosas – al elusivo Bosón de Higgs, otros miles de físicos, matemáticos e informáticos buscan con similar afán al no menos escurridizo qubit.
El qubit o quantum binary digit, es el equivalente cuántico del bit, es decir, no se trata de una partícula elemental o de una propiedad física de la materia. Conceptualmente, es una unidad de almacenamiento de información, al igual que el bit, pero con características que lo hacen mucho más poderoso, flexible y conveniente.
Un bit almacena uno de dos valores posibles – usualmente decimos que son 0 o 1 – y el qubit también. En un momento dado el bit sólo puede estar en uno de dos estados, encendido o apagado, en representación de un 0 o un 1, mientras que el qubit, gracias a la superposición cuántica, puede no solo estar en uno de esos dos estados sino en cualquier combinación posible de ellos.
Los expertos en informática, acostumbrados al panorama discreto (de estados plenamente identificables) que presentan los sistemas digitales, pueden sentir la tentación de ver a la superposición como un tercer estado para el qubit (yo mismo quería verlo así al principio) pero esta idea sería incorrecta. Un tercer estado implicaría que al estar en superposición el qubit no puede estar en estado 0 o en 1, ya que los estados son excluyentes, como sucede por ejemplo con ciertos dispositivos electrónicos tri-state.
La superposición implica que el qubit puede de hecho estar en los dos estados simultáneamente, o en cualquiera de sus combinaciones (25% de 0 y 75% de 1 por ejemplo). Es más, un sistema de dos qubits podría estar en los cuatro estados que resultan de combinar el 0 y 1 (00, 01, 10 y 11) y en cualquier combinación posible de esos cuatro estados (00 combinado con 01, combinado con 10, combinado con 11). En general N qubits pueden estar en cualquier combinación de 2^N estados.
Los microprocesadores actuales de 32 o 64 bits procesan entradas y salidas de ese tamaño. Un procesador cuántico con 32 qubits de entrada y salida sería capaz de procesar los 2³² estados posibles de la entrada y entregar el máximo de 2³² salidas diferentes en un solo paso o en una sola computación.
Claro que no sería posible considerar todos los resultados en simultáneo. Pero si el problema es tal que luego de aplicar todo ese poder de cómputo lo que interesa nada más es una de las 2³² salidas, por ser la que resuelve el problema, entonces ese problema es adecuado para computación cuántica.
Uno de tales problemas es el de factorizar un número entero sabiendo que es el resultado de multiplicar dos números primos. Si el número es grande la cantidad de ciclos de procesamiento para una computadora clásica (se llama así a las computadoras no cuánticas, creo que es por analogía con la física clásica) sería enorme. Tan grande sería que para algunos números simplemente se considera irrealizable y por ello los números que se forman de multiplicar dos primos grandes son la base de ciertos algoritmos de encriptamiento y seguridad de transmisión de datos, ya que para desencriptar la información se necesita encontrar los dos números primos que factorizan el número entero, y esto, como ya se dijo, se considera irrealizable con las computadoras actuales.
Una computadora cuántica sería capaz de realizar todas las operaciones necesarias en un solo paso, si tiene la cantidad de qubits necesaria. Si tiene menos puede requerirle un poco más de tiempo, pero aun así sería mucho menos tiempo de lo que tomaría en el otro caso.
La búsqueda de la forma ideal de darle vida práctica al qubit y a la computación cuántica se ha mostrado casi tan ardua como la de la comprobación experimental de la existencia del Bosón de Higgs. Entre los numerosos candidatos considerados para implementar el qubit están el electrón ya que su espín tiene dos valores y por superposición puede estar en cualquier combinación de los dos; algunos iones, y técnicas que implican superconductividad o nanotecnología. Ambas búsquedas por tanto, ocurren en el microcosmos que es dominio de la mecánica cuántica.
Hay mucho trabajo por hacer ya que la opinión general es que la computación cuántica está apenas en su infancia.

El Qubit