Desde Abajo - Carlos Eduardo Maldonado

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Ciencia
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• 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-
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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