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Los físicos partieron en busca del brillo cuántico largamente buscado

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Los físicos partieron en busca del brillo cuántico largamente buscado

De acuerdo con una predicción conocida como el Efecto Unruh, los pilotos del Millenium Falcon probablemente verían un resplandor caliente al saltar al hiperespacio. Crédito: Christine Daniloff, MIT

Un nuevo enfoque podría detectar el escurridizo efecto Unruh en horas, en lugar de miles de millones de años.

Para los fanáticos de «Star Wars», las estrellas fugaces vistas desde la cabina del Halcón Milenario mientras salta a través del hiperespacio es una imagen canónica. Pero, ¿qué vería realmente un piloto si pudiera acelerar en un instante a través del vacío del espacio? Definitivamente vería un brillo cálido, según una predicción conocida como el Efecto Unruh.

Desde la década de 1970, cuando se propuso por primera vez, el efecto Unruh ha escapado a la detección, debido al hecho de que la probabilidad de ver el efecto es infinitesimalmente pequeña, lo que requiere aceleraciones increíbles o largos períodos de tiempo de observación. Sin embargo, investigadores de[{» attribute=»»>MIT and the University of Waterloo believe they have discovered a mechanism to dramatically boost the likelihood of observing the Unruh effect, which they describe in a study published today (April 26, 2022) in Physical Review Letters.

Rather than observing the effect spontaneously, as previous researchers have attempted in the past, the team proposes stimulating the phenomenon, in a very particular way that amplifies the Unruh effect while suppressing other competing effects. The researchers compare their concept to casting an invisibility cloak over other conventional phenomena, which should then reveal the much less obvious Unruh effect.

If it can be realized in a practical experiment, this new stimulated approach, with an added layer of invisibility (or “acceleration-induced transparency,” as described in the paper) could vastly increase the probability of observing the Unruh effect. Instead of waiting longer than the age of the universe for an accelerating particle to produce a warm glow as the Unruh effect predicts, the team’s approach would shave that wait time down to a few hours.

“Now at least we know there is a chance in our lifetimes where we might actually see this effect,” says study co-author Vivishek Sudhir, assistant professor of mechanical engineering at MIT, who is designing an experiment to catch the effect based on the group’s theory. “It’s a hard experiment, and there’s no guarantee that we’d be able to do it, but this idea is our nearest hope.”

The study’s co-authors also include Barbara Šoda and Achim Kempf of the University of Waterloo.

Close connection

The Unruh effect is also known as the Fulling-Davies-Unruh effect, after the three physicists who initially proposed it. The prediction states that a body that is accelerating through a vacuum should in fact feel the presence of warm radiation purely as an effect of the body’s acceleration. This effect has to do with quantum interactions between accelerated matter and quantum fluctuations within the vacuum of empty space.

To produce a glow warm enough for detectors to measure, a body such as an atom would have to accelerate to the speed of light in less than a millionth of a second. Such an acceleration would be equivalent to a g-force of a quadrillion meters per second squared (a fighter pilot typically experiences a g-force of 10 meters per second squared).

“To see this effect in a short amount of time, you’d have to have some incredible acceleration,” Sudhir says. “If you instead had some reasonable acceleration, you’d have to wait a ginormous amount of time — longer than the age of the universe — to see a measurable effect.”

What, then, would be the point? For one, he says that observing the Unruh effect would be a validation of fundamental quantum interactions between matter and light. And for another, the detection could represent a mirror of the Hawking effect — a proposal by the physicist Stephen Hawking that predicts a similar thermal glow, or “Hawking radiation,” from light and matter interactions in an extreme gravitational field, such as around a black hole.

“There’s a close connection between the Hawking effect and the Unruh effect — they’re exactly the complementary effect of each other,” says Sudhir, who adds that if one were to observe the Unruh effect, “one would have observed a mechanism that is common to both effects.”

A transparent trajectory

The Unruh effect is predicted to occur spontaneously in a vacuum. According to quantum field theory, a vacuum is not simply empty space, but rather a field of restless quantum fluctuations, with each frequency band measuring about the size of half a photon. Unruh predicted that a body accelerating through a vacuum should amplify these fluctuations, in a way that produces a warm, thermal glow of particles.

In their study, the researchers introduced a new approach to increase the probability of the Unruh effect, by adding light to the entire scenario — an approach known as stimulation.

“When you add photons into the field, you’re adding ‘n’ times more of those fluctuations than this half a photon that’s in the vacuum,” Sudhir explains. “So, if you accelerate through this new state of the field, you’d expect to see effects that also scale ‘n’ times what you would see from just the vacuum alone.”

However, in addition to the quantum Unruh effect, the additional photons would also amplify other effects in the vacuum — a major drawback that has kept other hunters of the Unruh effect from taking the stimulation approach.

Šoda, Sudhir, and Kempf, however, found a work-around, through “acceleration-induced transparency,” a concept they introduce in the paper. They showed theoretically that if a body such as an atom could be made to accelerate with a very specific trajectory through a field of photons, the atom would interact with the field in such a way that photons of a certain frequency would essentially appear invisible to the atom.

“When we stimulate the Unruh effect, at the same time we also stimulate the conventional, or resonant, effects, but we show that by engineering the trajectory of the particle, we can essentially turn off those effects,” Šoda says.

By making all other effects transparent, the researchers could then have a better chance of measuring the photons, or the thermal radiation coming from only the Unruh effect, as the physicists predicted.

The researchers already have some ideas for how to design an experiment based on their hypothesis. They plan to build a laboratory-sized particle accelerator capable of accelerating an electron to close to the speed of light, which they would then stimulate using a laser beam at microwave wavelengths. They are looking for ways to engineer the electron’s path to suppress classical effects, while amplifying the elusive Unruh effect.

“Now we have this mechanism that seems to statistically amplify this effect via stimulation,” Sudhir says. “Given the 40-year history of this problem, we’ve now in theory fixed the biggest bottleneck.”

Reference: “Acceleration-Induced Effects in Stimulated Light-Matter Interactions” by Barbara Šoda, Vivishek Sudhir and Achim Kempf, 21 April 2022, Physical Review Letters.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.163603

This research was supported, in part, by the National Science and Engineering Research Council of Canada, the Australian Research Council, and a Google Faculty Research Award.

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Sesgos de actualidad y tendencia central vinculados en la memoria de trabajo

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Sesgos de actualidad y tendencia central vinculados en la memoria de trabajo

Resumen: El sesgo de actualidad en la memoria de trabajo está intrínsecamente vinculado al sesgo de tendencia central, lo que proporciona una explicación unificada para estos fenómenos cognitivos generalizados. El estudio utilizó un nuevo modelo de red para simular cómo estos sesgos podrían surgir de los mismos mecanismos neuronales.

Este modelo, que refleja los comportamientos de la memoria humana y animal, indica que los errores de memoria debidos a entradas recientes pueden conducir naturalmente a un promedio de experiencias pasadas. Esta investigación, que combina modelos teóricos y datos experimentales, no sólo aclara la relación entre estos sesgos, sino que también ofrece nuevos conocimientos sobre cómo nuestro cerebro procesa y recuerda la información sensorial.

Reflejos:

  1. Modelo unificado: El estudio introdujo un modelo de red neuronal que explica tanto los sesgos de actualidad como los de tendencia central a través de un único mecanismo, desafiando la noción previamente aceptada de que eran fenómenos distintos.
  2. Base neuronal: El modelo se basa en la dinámica de la corteza parietal posterior, que influye en la recuperación de la memoria y el procesamiento sensorial, lo que ilustra cómo los recuerdos recientes pueden distorsionar la percepción hacia un promedio.
  3. Impacto práctico: Los hallazgos tienen implicaciones prácticas para comprender los procesos cognitivos y podrían conducir a mejores estrategias para combatir los sesgos relacionados con la memoria en entornos clínicos y cotidianos.

Fuente: Centro de visitantes de Sainsbury

Los neurocientíficos han revelado que el sesgo de actualidad en la memoria de trabajo conduce naturalmente a un sesgo de tendencia central, un fenómeno en el que los juicios de las personas (y de los animales) están sesgados hacia el promedio de observaciones anteriores. Sus hallazgos podrían proporcionar una idea de por qué el fenómeno es tan omnipresente.

Investigadores del laboratorio Akrami del Sainsbury Wellcome Centre de la UCL y del laboratorio Clopath del Imperial College de Londres han desarrollado un modelo de red con un módulo de memoria de trabajo y otro que tiene en cuenta historias sensoriales.

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Se cree que este sesgo es una estrategia cerebral destinada a procesar patrones estadísticos de información sensorial, formulada mediante computación bayesiana. Crédito: Noticias de neurociencia

El estudio, publicado en eVidadescribe cómo el modelo muestra que los circuitos neuronales pueden dar lugar a sesgos de actualidad y tendencia central simultáneamente a través de un mecanismo único.

“Los psicólogos observaron por primera vez el sesgo de tendencia central hace más de un siglo, pero asumieron que era un fenómeno separado del reciente. Nuestros resultados implican que estos dos sesgos están más vinculados de lo que se pensaba anteriormente”, dijo Vezha Boboeva, investigadora principal del Sainsbury Wellcome Center y primera autora del artículo.

El sesgo de tendencia central, también llamado sesgo de contracción, es un fenómeno generalizado. Imagine que se le muestra una barra de una longitud determinada y se le pide que reproduzca esa misma barra, recuperada de su memoria.

Lo que solemos hacer es memorizar la longitud, en función del tamaño de la barra, recordando las barras más largas como más cortas y las más cortas como más largas. Por lo tanto, consideramos que la longitud de la barra está más cerca del promedio del rango de lo que realmente está.

El fenómeno también ocurre en otros animales, incluidos primates no humanos y roedores, y también ocurre con otras modalidades, como amplitudes y frecuencias de sonido.

Se cree que este sesgo es una estrategia cerebral destinada a procesar patrones estadísticos de información sensorial, formulada mediante computación bayesiana.

El sesgo de actualidad, también conocido como sesgo de historia a corto plazo, ocurre cuando no recuerdas un estímulo determinado porque el recuerdo del estímulo anterior permanece en tu mente.

Para comprender los procesos neuronales subyacentes tanto a los sesgos de tendencia central como de recencia, neurocientíficos de SWC y el Imperial College de Londres estudiaron los fenómenos en un modelo de red neuronal, fuertemente inspirado en resultados anteriores de roedores y experimentos con la memoria de trabajo humana.

“Mi investigación postdoctoral anterior demostró que la desactivación de la corteza parietal posterior (PPC) atenuaba el sesgo de contracción en ratas que realizaban una tarea de memoria de trabajo.

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«También descubrimos que los sesgos debidos a recuerdos persistentes de ensayos anteriores se redujeron cuando se apagó el PPC, lo que sugiere que estos dos mecanismos podrían estar relacionados entre sí», explicó la líder del grupo Athena Akrami en SWC y autora correspondiente del artículo.

A partir de esta investigación, Boboeva y su equipo desarrollaron un modelo de red que replica resultados experimentales anteriores. En el modelo, los efectos históricos a corto plazo ocurren debido a que las entradas de PPC tienen una escala de tiempo de integración más lenta, así como a la adaptación de la tasa de despido.

«El modelo muestra que una vez que se cometen errores en la memoria de trabajo debido a estos recuerdos persistentes, surge naturalmente un sesgo de contracción, sin necesidad de hacer más suposiciones sobre el promedio sensorial histórico», explicó Boboeva.

Es importante destacar que este nuevo modelo unificador hizo predicciones específicas sobre cómo las estadísticas sensoriales afectan el rendimiento. Los investigadores utilizaron herramientas en línea para probar y verificar estas predicciones mediante la realización de experimentos psicofísicos con participantes humanos.

Los próximos pasos son probar las predicciones del modelo sobre la dinámica neuronal volviendo a analizar los conjuntos de datos existentes y recopilando nuevos datos neuronales.

Fondos: Esta investigación fue financiada por BBSRC BB/N013956/1, BB/N019008/1, Wellcome Trust 200790/Z/16/Z, Simons Foundation 564408, EPSRC EP/R035806/1, Gatsby Charitable Foundation GAT3755 y Wellcome Trust 219627/Z / . 19/Z.

Sobre esta noticia de la investigación sobre memoria y neurociencia

Autor: Abril Cashin-Garbutt
Fuente: Centro de visitantes de Sainsbury
Contactar: April Cashin-Garbutt – Centro de bienvenida de Sainsbury's
Imagen: La imagen está acreditada a Neuroscience News.

Investigacion original: Acceso libre.
«El modelo de red unificador vincula los sesgos de actualidad y tendencia central en la memoria de trabajo» por Vezha Boboeva et al. eVida


Abstracto

El modelo de red unificador vincula los sesgos de actualidad y tendencia central en la memoria de trabajo

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El sesgo de tendencia central, o sesgo de contracción, es un fenómeno en el que el juicio sobre la magnitud de los elementos almacenados en la memoria de trabajo parece estar sesgado hacia el promedio de observaciones pasadas.

El cerebro la considera una estrategia óptima y generalmente se considera una expresión de la capacidad del cerebro para aprender la estructura estadística de la información sensorial. Por otro lado, los sesgos de actualidad, como la dependencia serial, también se observan comúnmente y se cree que reflejan el contenido de la memoria de trabajo.

Los resultados recientes de una tarea de comparación auditiva retrasada en ratas sugieren que los dos sesgos pueden estar más relacionados de lo que se pensaba anteriormente: cuando se inhibió la corteza parietal posterior (PPC), se redujeron los sesgos a corto plazo y de contracción.

Al proponer un modelo de los circuitos que pueden estar implicados en la generación de la conducta, mostramos que el contenido volátil de la memoria de trabajo que probablemente se desplace hacia experiencias sensoriales pasadas (produciendo sesgos de la historia sensorial a corto plazo) conduce naturalmente a un sesgo de contracción.

Los errores, que ocurren a nivel de pruebas individuales, se toman de toda la distribución de estímulos y no se deben a un cambio gradual de la memoria hacia la media de la distribución sensorial.

Nuestros resultados son consistentes con un amplio conjunto de hallazgos conductuales y proporcionan predicciones del desempeño en diferentes distribuciones y tiempos de estímulos, intervalos de retraso, así como dinámicas neuronales en áreas supuestas de la memoria de trabajo.

Finalmente, validamos nuestro modelo realizando una serie de experimentos psicofísicos en humanos en una tarea de memoria de trabajo paramétrica auditiva.

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Promoción de la educación STEM: los estudiantes de PRCC reciben subvenciones del Mississippi Space Grant Consortium – Picayune Item

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Promoción de la educación STEM: los estudiantes de PRCC reciben subvenciones del Mississippi Space Grant Consortium – Picayune Item

Promoción de la educación STEM: los estudiantes de PRCC reciben subvenciones del Mississippi Space Grant Consortium

Publicado a las 12:05 p.m. del jueves 25 de abril de 2024

Por CCPR

Cinco estudiantes de Pearl River Community College han sido seleccionados para recibir la beca para estudiantes STEM del Mississippi Space Grant Consortium (MSSGC) para 2024.

Los solicitantes fueron seleccionados en función de su trabajo realizado en el STEM Club como miembro activo, sus cursos en PRCC, su servicio a la escuela y la comunidad, y las recomendaciones de los instructores. Cada estudiante recibió $750 que pueden usarse para beneficiar y ampliar su educación.

Los homenajeados de este año son Noah Bowman, Brennin Carlisle, Mason Holladay, Destiny Taylor y Sydney Thornton.

«Desde 1993, PRCC ha participado activamente en esta organización estatal sin fines de lucro, con el apoyo de la Oficina de Participación STEM de la NASA, que inicialmente financió colegios comunitarios para este programa», dijo Melinda Miller, coordinadora de subvenciones espaciales de PRCC (MSSGC) e instructora de biología. A&P humana y ciencia forense. «Expresamos nuestra gratitud a la administración de PRCC, la Subvención Espacial de Mississippi de la NASA y la Oficina de Participación STEM por su invaluable apoyo para lograr los objetivos del programa».

«Extendemos nuestras felicitaciones a estos merecedores estudiantes de STEM y esperamos sus logros a lo largo de su trayectoria académica».

GANADORES DEL PREMIO STEM 2024
Bowman es un estudiante de segundo año de Varnado, LA. Se graduó del programa de educación para adultos de PRCC después de recibir educación en casa.

En PRCC fue miembro de Phi Theta Kappa y de la Concert Band. También es tutor de Servicios de Apoyo Estudiantil/TRIO. Después de graduarse, planea asistir a la Universidad del Sur de Mississippi para obtener una licenciatura en bioquímica antes de postularse para el programa de veterinaria de la Universidad Estatal de Luisiana.

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«Este premio me ayudará a lograr mis objetivos educativos al ayudarme a pagar mi matrícula de verano para poder tomar todos los cursos posibles aquí». » dijo Bowman.

Carlisle es un estudiante de segundo año de Poplarville que se graduó de Lamar Christian School. Es un estudiante de trabajo y estudio en el edificio de Educación Técnica Profesional en el campus de Poplarville y con frecuencia participa en actividades de desarrollo de ciencias.

Se espera que Carlisle se gradúe el próximo mes de mayo del programa de Tecnología de Automatización y Controles (Instrumentación). Planea conseguir un trabajo en el Centro Espacial Stennis y quiere trabajar en varios proyectos personales que podrían interesar a más personas en STEM.

«Trabajo mucho con la impresión 3D y disfruto viajar a diferentes escuelas para enseñar a los niños los beneficios de las impresoras 3D», dijo Carlisle. «Este dinero me ayudará a ampliar mis conocimientos personales para estar mejor equipado para enseñar a otros».

Holladay es un estudiante de segundo año de Kiln que se graduó de Hancock High School. Actualmente cursa la carrera de Ciencias de la Salud y Pre-Enfermería. Después de PRCC, planea asistir a la Universidad del Sur de Mississippi para obtener una licenciatura en enfermería.

«Estoy muy agradecido por esta asignación», dijo Holladay. “Pienso usarlo para cubrir mis gastos de vivienda mientras estudio en la USM.”

Taylor es originaria de Carriere y se graduó de Pearl River Central High School. Actualmente es estudiante del programa de Tecnología Electrónica y participa activamente en el eSports Gaming and Strategy Club y en el Ally Club.

Después de graduarse, busca adquirir habilidades y experiencia en ingeniería o ciencias, a través de pasantías u oportunidades laborales.

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«Planeo utilizar este premio para financiar mis necesidades de capacitación y suministros, lo que me permitirá sobresalir como técnico en electrónica», dijo Taylor. «Este es un paso esencial para lograr mis objetivos profesionales y hacer una contribución significativa al campo».

Thornton es un estudiante de segundo año de Sumrall que se graduó de Sumrall High School. Ella está en el Instituto de Honores William Lewis y ha sido miembro de la Spirit of The River Marching Band durante dos años, sirviendo como líder del trombón este año, así como miembro de los Jazz Cats. Las actividades adicionales incluyen el Consejo Asesor Estudiantil, la Asociación de Gobierno Estudiantil y Phi Theta Kappa. Además, está en rotación para el departamento de ciencias, participando en actividades como el reciente Simposio Mujeres en STEM y la Fiesta de Observación del Eclipse Solar.

Thornton está en la carrera de ciencias de la salud y preenfermería. Se graduará en mayo y planea asistir a la Universidad del Sur de Mississippi.

«Me acaban de aceptar en el programa de enfermería de USM y no puedo esperar para comenzar el siguiente paso en mi viaje», dijo Thronton. “¡Este premio me ayudará a continuar mi educación en USM y seguir esforzándome por lograr mi objetivo de convertirme en enfermera titulada!” »

ACERCA DE LA SUBVENCIÓN DE ESPACIO DE PRCC
El programa PRCC Space Grant está afiliado al Mississippi Space Grant Consortium (MSSGC). El programa MSSGC está diseñado para empoderar, mejorar e iluminar a la próxima generación de exploradores de Mississippi a través de oportunidades para participar y contribuir a la misión de la NASA.

Los programas de subvenciones espaciales de la PRCC están diseñados para centrarse en la agenda de investigación humana de la misión de la NASA de aplicar conocimientos y tecnología para mejorar la competitividad, la educación y la calidad de vida de nuestra nación en la Tierra. El subsidio para estudiantes STEM está diseñado para ayudar a los estudiantes con sus gastos educativos actuales o futuros y/o necesidades de proyectos en curso en su campo STEM objetivo.

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PRCC es uno de los diez colegios comunitarios de Mississippi que participan en el programa. Además del subsidio para estudiantes STEM, los fondos se utilizan para ayudar Proyectos especializados en biología y zoología., concursos científicos para escuelas medias y secundarias, Desarrollo docente STEM K-12, oportunidades de desarrollo profesional STEM en colegios comunitarios y promoción de STEM al público en general.

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Lanzamiento de SpaceX en el Centro Espacial Kennedy, Cabo Cañaveral: cómo verlo

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