Controlando un punto de inflexión

El concepto del punto de inflexión es como sigue: un sistema generalmente estable evoluciona a un punto donde la estabilidad desaparece y el sistema cambia, de repente y de forma irreversible, a un estado totalmente diferente y, a veces, catastrófico. El sistema podría ser una red eléctrica que experimenta un lento aumento en la demanda, hasta que se alcanza un apagón a gran escala; o un sistema climático sujeto al aumento de gases invernadero, que finalmente experimenta un cambio abrupto en la temperatura media.

Un huevo, simbolizando un punto de inflexión.
[Foto original de Jovel (2010).]

Para un sistema con múltiples resultados potenciales, Takashi Nishikawa (Universidad Northwestern) y Edward Ott (Universidad de Maryland) afirman que puede ser posible dirigir el sistema hacia un resultado deseado por medio de un pequeño empujón cuidadosamente elegido.

Para su estudio, consideraron teóricamente la evolución de un sistema unidimensional con ruido. En cada iteración, la posición actual se cambia a una nueva posición; y el cambio depende de un parámetro que varía lentamente, al que se añade ruido al azar. Cuando el parámetro alcanza un cierto umbral (que se denomina bifurcación), el sistema cambia a uno de dos estados posibles, cambio que depende de forma muy sensible de las fluctuaciones del ruido o de los detalles particulares de cómo varía el parámetro.

Los investigadores han demostrado, mediante simulaciones y de forma analítica, que si la amplitud del ruido es baja, existe un 90% de probabilidades de alcanzar el resultado deseado a través de un único cambio en la posición del sistema cuya cantidad sea solo un poco mayor que el nivel de ruido.

Lo sorprendente es que el cambio requerido toma su valor más pequeño durante un tiempo limitado que ocurre después de la bifurcación. Aunque el método se puede generalizar para más dimensiones, los autores advierten que es necesario tener un modelo del sistema que sea preciso.
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Fuente:
http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/67/9/10.1063/PT.3.2505

¿De dónde vienen esos rayos cósmicos tan energéticos?

La Tierra está siendo bombardeada continuamente por rayos cósmicos (protones o núcleos de alta energía) que vienen de fuera de nuestra galaxia. El espectro de energía de estos rayos decae rápidamente después del llamado límite de Greisen-Zatsepin-Kuzmin (GZK), que está a unos 6×10¹⁹ eV; no obstante, se han observado rayos cósmicos con energías de hasta 3×10²⁰ eV.

Los astrofísicos se llevan preguntando durante mucho tiempo qué es lo que acelera las partículas a energías tan extraordinarias. Existen muchas posibilidades, como las supernovas o los chorros de materia relativistas provenientes de núcleos galácticos activos.

Pues bien, el experimento denominado Telescope Array ha proporcionado una buena pista, mediante la identificación de una zona del hemisferio celeste norte que envía una cantidad desproporcionada de rayos cósmicos ultraenergéticos en nuestra dirección. (El Observatorio Pierre Auger ya había identificado previamente una zona similar, aunque bastante más débil, en el hemisferio celeste sur).

Ilustración esquemática del Telescope Array.
[Dibujo hecho por Theturnipmaster (2013)]

Tras una exploración de cinco años que finalizó en mayo del 2013, el Telescope Array identificó 72 rayos cósmicos con energías por encima del límite GZK, a través de la lluvia de partículas creadas cuando los rayos cósmicos ultraenergéticos interaccionan con la atmósfera terrestre. Las partículas de la lluvia eran registradas por centelladores situados en el suelo, mientras que la energía depositada en el nitrógeno atmosférico era monitorizada mediante detectores de fluorescencia.

Alrededor de un 25% de los rayos cósmicos observados llegaban de la zona antes mencionada, que ocupa solo un 6% del hemisferio celeste norte. Se trata, sin embargo, de una zona suficientemente grande como para cubrir muchas fuentes potenciales de rayos cósmicos ultraenergéticos. De hecho, su extensión se debe en parte a que los campos magnéticos galácticos e intergalácticos curvan las trayectorias de los rayos, confundiendo un tanto las localizaciones de sus fuentes.

Afortunadamente, las partículas con energías cercanas o mayores que el límite GZK se curvan poco, de modo que un nuevo conjunto de telescopios mayores y más sensibles podría revelar con más precisión sus orígenes.
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Fuente:
http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/67/9/10.1063/PT.3.2504