Semana de charlas de doctorandos

Esta semana, que es la última del curso, dedicaremos la práctica a las últimas charlas de doctorandos. Hablarán Julián Toro y Federico Bai el miércoles, y Pedro Schmied el viernes. Acá tienen los títulos y resúmenes de sus charlas.

Julián Toro: Agujeros negros y Teoría de cuerdas: Sobre un origen microscópico de la entropía de Bekenstein-Hawking. 

Los agujeros negros son de las predicciones más fascinantes de Relatividad General. De sus muchas características, son sus propiedades termodinámicas aquellas que parecen poner contra las cuerdas nuestro entendimiento básico del universo. Fueron Bekenstein y Hawking quienes, en los ’70, mostraron como los agujeros negros podían identificarse como objetos termodinámicos con una entropía dada por S = Área/4. En esta charla, veremos cómo la teoría de cuerdas nos permite interpretar esta entropía termodinámica a partir de una descripción microscópica de los estados del agujero negro. Repasaremos los conceptos básicos de teoría de cuerdas con el objetivo de entender uno de los resultados más destacados de fines del siglo XX, aquél que presentan Strominger y Vafa en [1]. Allí, consideran una solución de agujero negro extremal para cierta compactificación 5-dimensional de supergravedad tipo IIA generado por una configuración de branas y dan cuenta como la entropía termodinámica predicha por Bekenstein y Hawking puede ser obtenida de forma precisa a partir del conteo de microestados de la teoría dual.
Pd 1: Vamos a seguir fuertemente el review [2], por si quieren ir entrando en tema.
Pd 2: Dejo algunos artículos que podrían ser de interés [3-5]
[1] Strominger, A., & Vafa, C. (1996). Microscopic origin of the Bekenstein-Hawking entropy. Physics Letters B379(1-4), 99-104.
 [2] De Haro, S., van Dongen, J., Visser, M., & Butterfield, J. (2020). Conceptual analysis of black hole entropy in string theory. Studies in History and Philosophy of Science Part B: Studies in History and Philosophy of Modern Physics69, 82-111.
 [3] Mathur, S. D. (2009). The information paradox: a pedagogical introduction. Classical and Quantum Gravity26(22), 224001.
[4] Mathur, S. D. (2006). The quantum structure of black holes. Classical and Quantum Gravity23(11), R115.
[5] Mathur, S. D. (2005). The fuzzball proposal for black holes: An elementary review. Fortschritte der Physik: Progress of Physics53(7‐8), 793-827.

 

Federico Bai: Metales de Planck y resistividad lineal

El origen de la superconductividad de alta temperatura crítica es uno de los grandes misterios de la física. Es conocido que el estado normal de los superconductores de alta temperatura muestra una resistividad que es lineal en un rango amplio de temperaturas. El hecho que este comportamiento sea observado en metales correlacionados en sistemas tan diversos sugiere un origen microscópico común. La noción de un marco que unifique muchos de estos regímenes está respaldada por la observación experimental de una escala disipativa universal (disipación Planckiana). En esta charla veremos algunas propuestas que buscan explicar esta universalidad, así como también algunas críticas.

 

Pedro Schmied: Simetrías cerca del horizonte

La geometría cercana al horizonte de eventos de un agujero negro contiene suficiente información para calcular sus cargas conservadas, incluyendo las cntidades termodinámicas. Estas son cargas de Noether asociadas a isometrías asintóticas que preservan ciertas condiciones de contorno. En esta charla veremos como aplicar este método en agujeros negros que no son asintóticamente Minkowski, en particular en una geometría de Melvin-Kerr-Newman que en condiciones de extremalidad tiende a expulsar sus líneas de campo magnético en forma similar a lo que ocurre con superconductores. Y también consideraremos el black ring, que es un ejemplo de agujero negro con topología no trivial en 5 dimensiones. Previamente revisaremos el teorema de no-pelo, el método de BMS para calcular cargas en espacios asintóticamente planos, y una breve generalización de relatividad general en 5 dimensiones.

Mañana, charla de David Blanco

Mañana, viernes 24/11, en el horario de la práctica, tenemos nueva charla de expertos! Hablará David Negro sobre agujeros blanc… Quiero decir, hablará David Blanco sobre agujeros negros. Acá tienen el título y el resumen de la charla.

La paradoja de la información de los agujeros negros

Los agujeros negros son posiblemente los objetos más fascinantes del universo y han sido fuente de muchas ideas interesantes en la física. En particular, uno de los problemas centrales de la física teórica, la paradoja de la información, los tiene como protagonistas. En esta charla presentaremos la paradoja y comentaremos algunos avances recientes hacia la resolución de la misma.

Agujeros negros y termodinámica: algunas referencias

Como ya les contamos en las últimas clases, la termodinámica de los agujeros negros empezó con los trabajos de Jakob Bekenstein. En este artículo, Robert Wald (otro protagonista de esta historia y compañero de doctorado de Bekenstein) cuenta sus recuerdos de Bekenstein y sus ideas sobre agujeros negros. Es muy ameno y accesible a todo el mundo, y da un panorama histórico, personal y científico del tema. Otra cosa que charlamos en clase es la paradoja de la información. Éste es un problema abierto desde que Hawking lo formuló en 1976, pero en los últimos años ha habido avances muy importantes hacia la resolución de la paradoja, obra, entre otros, del omnipresente Juan Maldacena. En este artículo divulgativo de Quanta Magazine tienen un review del tema. Por último, en la última clase práctica hablamos de la fórmula de Ryu-Takayanagi, que, en el contexto de AdS/CFT, relaciona la entropía de entrelazamiento con el área de una cierta superficie. Esta fórmula tiene implicancias profundas sobre la estructura del espacio-tiempo en el contexto de AdS/CFT, como pueden aprender en este otro artículo divulgativo publicado en Nature, que es de acceso abierto.

Mañana, charlas de doctorandos

Mañana, nueva edición de las charlas de doctorandos! En esta ocasión hablarán Muriel Bonetto y Gerónimo Jesús Caselli. Muriel nos hablará de transporte de calor en cristales de iones atrapados, y Gerónimo de máquinas térmicas cuánticas, más concretamente de optimización de máquinas térmicas cuánticas fuera del equilibrio e implementación en un qubit. No se las pierdan!

Este viernes, charlas de doctorandos

Arrancan las charlas de doctorandos! Será este viernes, 3/11, en el horario de la práctica. Hablarán Tomás Cicchini, Candela Szischik y Federico Ravanedo. A continuación, los títulos y/o resúmenes de las charlas. Van a ver que la sesión promete mucho.

Tomás Cicchini: La física estadística de los grafos aleatorios

A mediados de siglo XX, la teoría de grafos aleatorios tuvo sus primeros grandes resultados, de la mano de los desarrollos propuestos por Erdös y Rényi. No obstante, tuvieron que pasar cerca de 40 años para que, a finales de siglo, surgieran modelos que lograsen capturar ciertas características de los grafos con los que se intenta describir a sistemas complejos reales. Por ejemplo, uno de ellos -Barabasi model-, está basado en unas ecuaciones maestras que modelan dos principios fundamentales: crecimiento y preferencia. En búsqueda de cierta sistematización de estos modelos y con fuerte base estadística, a partir de este siglo surgió una nueva rama de modelos de grafos aleatorios basados en el principio de máxima entropía. Los modelos de grafos aleatorios exponenciales son hoy por hoy el paradigma de grafos aleatorios por excelencia y a lo largo de la charla se buscará relacionarlos con nociones de física estadística, tanto las que son equivalentes a las ya conocidas como aquellas que nos sonarán totalmente antiintuitivas.

Candela Szischik: Procesamiento de información en sistemas biológicos

La vida depende tanto del flujo de información como del flujo de energía. Partiendo desde componentes básicos de la teoría de la información, exploramos ejemplos en los que ha sido posible medir, directamente, el flujo de información en redes biológicas o, de manera más general, en los que se han utilizado ideas de la teoría de la información para guiar el análisis de experimentos. Los sistemas de interés van desde moléculas individuales (la diversidad de secuencias en familias de proteínas) hasta grupos de organismos (la distribución de velocidades en bandadas de pájaros) y todas las escalas intermedias. Muchos de estos análisis están motivados por la idea de que los sistemas biológicos pueden haber evolucionado para optimizar la recopilación y representación de información, y donde veremos evidencia experimental de esta optimización, nuevamente en una amplia gama de escalas.

Federico Ravanedo: Markov Chain Monte Carlo

 

Más sobre motores cuánticos

En la última clase práctica les prometí que les compartiría referencias interesantes sobre motores cuánticos, así que aquí estoy cumpliendo la promesa. Acá tienen el paper de Rossnagel et al (de 2015) donde reportan la realización experimental del primer motor cuya sustancia de trabajo es un solo ion. El sistema es exactamente el mismo que ustedes tienen que estudiar en la guía 7; Rossnagel y compañía también lo estudiaron teóricamente, en este paper de 2012. La realización experimental se basa en un método para atrapar iones ideado por Wolfgang Paul, el de la foto, que no debe confundirse con Wolfgang Pauli aunque, como él, ganó el premio Nobel, en 1989, por este método. El método es increíblemente simple, acá tienen un video donde lo pueden visualizar. Otro motor cuántico implementado poco después del de Rossnagel y compañía es el que se reporta en este paper, que cuenta con alguien de la casa, Christian Schmiegelow, entre sus autores. Y por último, acá tienen el paper que les comenté al final de la clase, sobre una implicación interesante del entrelazamiento cuántico: la posibilidad de extraer trabajo en el borrado de una memoria cuántica.

El trinquete de Feynman, contado por Feynman

 

En la última clase teórica se habló del “ratchet and pawl” de Feynman, una máquina ingeniosa que, a primera vista, parece violar la segunda ley de la termodinámica, aunque un análisis más cuidadoso muestra que no lo hace. Feynman habló de esa máquina en sus famosas “Lectures on physics”, y también en la serie de charlas “The character of physical law” que dio en Cornell en 1964, un año antes de recibir el Nobel. El video es eso, el extracto de esas charlas donde habla del ratchet and pawl. Si quieren ver el ciclo entero (lo cual es muy recomendable porque Feynman es una fuente inagotable de saber e imaginación), lo pueden encontrar acá.

Más sobre la charla de Nahuel

 

Este video es una simulación que hizo Nahuel de una memoria de un bit que falla por fluctuaciones térmicas. Para los que quieran saber más o repasar lo que aprendimos ayer, ahí van las slides de la charla. Por otro lado, lo que Nahuel comentó al final de la charla, la segunda ley emergente que permite caracterizar estados estacionarios de no equilibrio, fue publicado en Nature Communications y es un paper de acceso abierto, lo pueden encontrar acá.

Este miércoles, charla de Nahuel Freitas

Cuando un sistema está en equilibrio, sabemos cuál es la probabilidad de cada microestado: e^{-βH}/Z. Ésa es la distribución de Boltzmann. Pero qué pasa cuando el sistema está en un estado estacionario que no es de equilibrio, como la barra de la imagen? Cuál es la probabilidad de cada microestado en esa situación? Ésa es una pregunta abierta de la termodinámica de no equilibrio, y de los avances recientes para responder a esa pregunta nos va a hablar uno de sus protagonistas: Nahuel Freitas, este miércoles en el horario de la práctica, en la primera charla de expertos del curso. No se la pierdan que es un lujo!