Ediciones Ciencia 18 D • Julio 20 - Agosto 20 de 2012 • La partícula divina JAIRO GALINDO* ándole una denominación totalmente opuesta a la que se propusiera inicialmente (goddamn particle, partícula “maldita sea”), el norteamericano Leon Lederman tituló así un extenso ensayo suyo de 1993, escrito en colaboración con Dick Teresi. Agregó en el subtítulo: “Si el Universo es la respuesta, ¿cuál es la pregunta?”. la partícula elemental más familiar, la misma que al ser detectada se manifiesta como corpúsculo; entre tanto no se le observe, tiene propiedades de onda; de ahí el término onda de materia, utilizado por primera vez por el francés Luis de Broglie en su tesis de doctorado y cuya hipótesis le valió también la presea mayor. Lederman había recibido el Premio Nobel un lustro antes. Finalmente, después de 50 años de haber sido postulado, experimentos en el gran colisionador de hadrones (LHC) del CERN arrojan resultados muy optimistas que se pueden interpretar en la dirección del esperado descubrimiento, el de la elusiva partícula Dios. De confirmarse la existencia del “Bosón de Higos”, el personaje principal de tan atrevida hipótesis, el británico Peter Higgs, no tardará en recibir tan ansiada presea. Einstein había reflexionado muchas décadas antes: “Lo más maravilloso del Universo es que sea inteligible”. Ignoraba que fuera tan difícil descifrarlo. Por eso intentó en vano, durante el resto de su vida, dar con la teoría de la gran unificación. ¿Qué es ese vago objeto que aún permanece en el misterio? Se trata de un hipotético “bosón escalar”, nada menos que el responsable de dotar de masa a las partículas elementales que adquieren esa propiedad. Todos suponemos saber qué es la masa; ignoramos que tal cualidad es una de las más difíciles de entender. Einstein creyó dar en el clavo con su famosa fórmula, pero eso fue sólo el comienzo del fin de la física clásica. Hay dos tipos de partículas, bosones y fermiones. Un típico bosón, es el fotón, la partícula luz, de hecho el primero acreedor a ese calificativo desde cuando el físico hindú Satyendranath Bose llamara la atención de Einstein sobre una característica especial de ese tipo de partículas. El prototipo de los fermiones, llamados así por otra característica exclusiva que exhiben al ocupar los niveles permitidos de energía, es el electrón. En cierta región, un orbital en un átomo, por ejemplo, no puede haber simultáneamente dos fermiones que tengan los mismos números cuánticos, entre otros la energía y la orientación del espín. Por el contrario, en un sistema bosónico todos ellos pudieran estar en el mismo estado cuántico; de ahí surgió la idea del condensado de Bose-Einstein, materializado a fines del siglo XX, más de 70 años después de ser postulado. Para entonces, Bose había muerto. Al respecto, el Nobel sólo se les otorga a científicos vivos, excusa no del todo válida para que se le hubiera dejado por fuera de la honrosa galería. El fermión lleva ese nombre en honor del físico italiano Enrico Fermi, otro Nobel, quien contribuyó a formular la estadística cuántica que lo caracteriza, la de Fermi-Dirac. La que obedecen los bosones se denomina “estadística de Bose-Einstein”. A diferencia de los fermiones, algunos bosones están desprovistos de masa en reposo. Es lo que ocurre con el fotón, condenado a vagar mientras ‘viva’ precisamente a la velocidad más alta, la de la luz. Rigurosamente hablando, es imposible observar una partícula en reposo. Sería muy extenso entrar a precisar, así fuera apenas conceptualmente, el significado de cada uno de los términos que buen número de lectores habrá identificado como extraños en el párrafo anterior. Los conceptos fundamentales de la física cuántica son todos muy extraños. Para empezar, la dualidad onda-corpúsculo es uno de ellos: el fotón, un grano mínimo de luz de determinada frecuencia, se comporta para todos los efectos prácticos como onda, “mientras no se le observe”. Einstein recibió el premio mayor por suponer que era una partícula, 100 años después que Thomas Young convenciera a sus contemporáneos de que la luz es una onda. El electrón, Fuente: ticsyformacion.com El comportamiento ondulatorio en sentido cuántico permite diseñar y fabricar microscopios electrónicos, mientras que efectos cuánticos como el tunelamiento hacen posibles otros, miles de veces más potentes que los ópticos, todos indispensables en la ciencia y la tecnología de hoy. El espín, propiedad rigurosamente cuántica que tie- Ediciones 19 • Julio 20 - Agosto 20 de 2012 • nen todas las partículas, hadrones, leptones y bosones mensajeros, responsables estos últimos de las interacciones entre las demás partículas, se observó por primera vez en el electrón. Para tener una idea vaga sobre el espín, básico concepto cuántico, se le puede comparar con lo que mantiene a un trompo girando sobre su eje principal. Recuérdese que esta es sólo una analogía: el espín cuántico no tiene análogo clásico. Para no entrar en detalles, contentémonos con saber que los fermiones tienen espín semientero o, en general, fraccionario, y los bosones entero: 0, 1, etcétera. El hipotético bosón de Higgs tiene espín cero. Hay muchas maneras de decir todo lo anterior. El lenguaje de la teoría cuántica de campos es quizás el más elegante. El Campo de Higgs, como podemos denominar a esa nueva sustancia extraña, llena lo que creíamos vacío. El vacío no existe o, mejor, eso que denominamos universo está densamente poblado de materia o energía. Téngase presente que materia y energía, como lo afirmara Einstein, son una y la misma cosa. Su fórmula E = mc2 , la que todo el mundo conoce pero que no fue ciertamente lo que lo convirtió en el científico más célebre y popular de la humanidad entera, es rigurosamente válida. Es necesario entender, para avanzar, que m no es sólo la masa en reposo del objeto que tiene cierta energía E, salvo por la posición que ocupe. Ahí está contenida también la energía de movimiento, denominada cinética, sumada a la energía en reposo. Se sigue intentando cuantificar el campo gravitatorio generalizado por Einstein. De ello depende la unificación definitiva de las interacciones. Pues, bien, en el universo primitivo –y ese es el que se intenta recrear con los experimentos que se hacen en “la máquina más costosa del planeta”–, prácticamente todas las partículas que lo constituían se movían a la máxima velocidad posible, la velocidad de la luz, según Einstein. En otras palabras, la energía en reposo era o bien rigurosamente nula (partículas sin masa) o bien insignificante, como ocurría con los electrones, positrones, neutrinos y todo lo demás que hubiera en ese caldo primigenio. Las partículas que acabo de mencionar son de la familia de los leptones (partículas livianas). Y aquí viene lo esencial que revelaría el sonado experimento, realmente maravilloso, que consiste en hacer chocar de frente pares protón-antiprotón (hadrones o partículas pesadas) a energías descomunales, cercanas a los 7 TeV, tera-electrón-voltio o millones de millones de eV. La típica unidad de energía a que nos referimos, el eV, es la que adquiriría un electrón si fuera acelerado a través de una diferencia de potencial de 1 voltio. En unidades de energía, la masa de un electrón (en reposo) o de un positrón (su antipartícula) es cercana a medio MeV, mega-electrón-voltio. Ahora sí vamos al grano. Un bosón de Higgs, un grano de energía del campo de Higgs, tendría una energía de unos 125 GeV: ¡verdaderamente descomunal! Y lo que hemos llamado vacío estaría lleno de esos granos de energía, invisibles para nosotros. Es el paso de una partícula por el campo de Higgs, similar en algunos aspectos a un campo magnético, lo que le da esa característica que en la famosa ecuación de Newton denominamos masa. ¡Así de simple! Nuestro prototipo de bosón, el fotón, un típico fotón ultravioleta, por ejemplo, tiene energías inferiores a 5 eV. ¡Y lo evitamos en lo posible, porque nos quema! Hay otra radiación que no podemos evitar porque lo llena todo; se denomina radiación cósmica de fondo y ha sido hasta hace poco el vestigio de la gran explosión. Ahora tendríamos otro remanente: el campo de Higgs. Si se quisiera avanzar un poco hacia el meollo del asunto, dando por sentada la existencia de ese extraño campo cuántico que llena el vacío, también poblado del campo de radiación electromagnética o bosones sin masa denominados simplemente luz, la pregunta que se debe responder es: ¿Cómo se mueve una partícula en el campo de Higgs? Para entenderlo someramente, hay que recurrir de nuevo a la esencia de la física cuántica: el principio de indeterminación, o las trayectorias múltiples posibles, una formulación aún más extraña de la teoría cuántica hecha por Richard Feynman. Esto nos alejaría demasiado del propósito de esta nota periodística, y lo dejamos sólo como inquietud para el lector. da * Profesor titular de la Universidad Nacional. Significado filosófico del bosón de Higgs CARLOS EDUARDO MALDONADO* E l descubrimiento del bosón de Higgs es, sin dudas, el más grande acontecimiento en el campo de la física en los últimos 50 años. Esta hazaña, fruto de 20 años de trabajo por parte de un equipo interdisciplinario de más de 3.200 científicos de 180 universidades del mundo, trabajando aunadamente, tiene numerosas implicaciones, alcances y significados en diversos planos. Quisiera considerar aquí tres significados filosóficos, así: El carácter contraintuitivo de la ciencia La ciencia contemporánea, particularmente a partir de comienzos del siglo XX hasta la fecha es alta y crecientemente contraintuitiva. Es decir, la percepción natural no es suficiente –y, en muchas ocasiones, incluso no es necesaria– para explicar o comprender los fenómenos de la realidad. El último giro de esta tendencia es el reciente anuncio del descubrimiento del bosón de Higgs. El acelerador de partículas en el CERN ayuda a ‘visualizar’ el bosón, cuya realidad, análogamente a los quarks, ha sido demostrada matemáticamente, aunque no físicamente. Y ciertamente no en términos físicos, si por ello se piensa en la física newtoniana que se ocupa(ba) de masas, cuerpos, volúmenes y magnitudes macroscópicas. La realidad del mundo se funda cada vez en el universo microscópico, y con ello en la física cuántica y los fenómenos subcuánticos. La física cuántica es la física de partículas y fenómenos microscópicos, aunque también de fenómenos macroscópicos que existen o se plasman en la escala macroscópica, tales como los rayos láser, los superconductores y otros. Lo singular es teria oscura y energía oscura. Vemos que existen, adicionalmente, fenómenos y demasiado poco de lo que constituye al procesos de escala subcuántica, que son universo. Pero esta es otra historia. aquellos que tienen lugar en escenarios distintos de los de las partículas, tales co- El estatuto científico de la cosmología desmo las cuerdas, las branas, las m-branas, plaza a lugares cada vez más alejados del y otros. La física ha abandonado el para- foco principal a la religión y muy particudigma newtoniano, en rigor el de la me- larmente a la teología. Esto es, cuestionan cánica clásica, según el cual la física se enormemente el papel que la divinidad ocupaba de cuerpos, masas, volúmenes y desempeña en la explicación del orden namagnitudes en el sentido visual o percep- tural. Pues, bien, el bosón de Higgs logra tual. La realidad física es mucho más que explicar cómo en el primer segundo del Big Bang las partículas cola de la material, e inclu[...] nos mienzan a tener núcleo, y con ye también como procesos ello masa, y así, a diferenciarfundamentales a la energía encontramos se para crear la materia que y la información. La física en el centro de constituye el universo. Tanya no se ocupa de qué es una revolución to la del 4 por ciento conociy cómo es la realidad, sicientífica y da –y que es el objeto de la no de qué podemos decir tecnológica. química inorgánica y orgániacerca de la realidad. ca en sus niveles y procesos El modelamiento y la simulación, el desa- fundamentales– como, incluso, verosímilrrollo de nuevas matemáticas y el traba- mente, del restante 96 por explicar. jo conceptual y de imaginación se erigen cada vez más como factores determinan- La epistemología de la nueva física tes para dar cuenta de los fenómenos y y el Modelo Estándar procesos más fundamentales de la reali- Como quiera que sea, la física forma parte de la investigación de punta según la dad del universo y la naturaleza. cual los fenómenos y procesos reales se explican cada vez menos con base en lo El (eterno) debate ciencia-religión que percibimos en el sentido habitual de y cosmología El bosón de Higgs contribuye enorme- la palabra. Así, la ciencia amplía magnímente a la comprensión del origen y el ficamente no sólo el espectro de la readesarrollo del universo. Así, el primer lidad sino además el de nuestra propia campo importante de reflexión es la cos- comprensión respecto a lo real. Para demología, que, si clásicamente perteneció cirlo en términos elementales, lo real ya al mito y la religión, se hace ciencia par- no es lo que está ahí como las cosas, lo ticularmente a partir de la década de los actual y lo evidente. La realidad es una 1970. Los acontecimientos que le dan es- construcción que coincide con la historia tatuto científico propio han sido los des- misma de la investigación. cubrimientos según los cuales la totalidad del universo que literalmente vemos es En otras palabras, el conocimiento ya no tan solo el 4 por ciento. El otro 96 es ma- es algo que sucede exclusivamente del lado del sujeto y que se dirige al objeto como a una realidad exterior diferente. Antes, bien, en el acto de conocimiento, sujeto y objeto son contemporáneos. Esto es, la historia –del descubrimiento– del objeto es simultáneamente la historia –del descubrimiento– del sujeto por parte de sí mismo. Sólo que, hoy día, el sujeto ya no es, como fue en toda la historia de la humanidad occidental, un agente individual. Por el contrario, el sujeto es hoy una comunidad de investigadores de diferentes disciplinas y tradiciones que cruzan lenguajes, enfoques e intereses disímiles a partir del hecho de que comparten una preocupación común. De manera particular, las relaciones entre bosones y fermiones nos enseñan que, desde la física, ya no se habla de fuerzas (en contraste con lo que sucede en las ciencias sociales), pues éstas son en realidad el resultado de interacciones y cruces entre partículas. De esta suerte, el conocimiento del universo que nos rodea y que somos nosotros mismos no se explica con los supuestos de la epistemología y la filosofía clásicas, desde los griegos hasta aquella que se proyecta hasta los años 1980 (posmodernismo, etcétera). Ya no es sostenible ningún tipo de dualismo (sujeto/objeto, mente/ cuerpo, etcétera); por el contrario, accedemos a un universo de complejidad creciente, que a cada paso se explica con los nuevos descubrimientos y las nuevas explicaciones, y no con base en la tradición. Manifiestamente, nos encontramos en el centro de una revolución científica y tecnológica. Este es apenas el comienzo de una historia aún más sugestiva y apasionante. da * Profesor titular Universidad del Rosario