Psi Punset - Los Ladrillos Del Universo

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May 2002 ENTREVISTA a CHRIS QUIGG físico de partículas del Acelerador Nacional Fermi, en Estados Unidos, y coordinador de la División de Partículas y Campos de la Sociedad de Física Americana, explica hasta qué punto han llegado los estudios sobre el interior del átomo, las partículas que lo forman, su estructura y sus leyes internas, distintas de las de la física clásica.

Eduard Punset: Estamos hechos de átomos, como las estrellas, pero yo te he oído decir que nosotros podríamos ser diferentes de las otras cosas de que está hecho el resto del universo, ¿es verdad? Chris Quigg: Sí, creemos que es verdad y como has dicho, sabemos que estamos hechos de la misma materia que las estrellas y que los átomos de los que estamos compuestos procedían de estrellas que explotaron en supernovas. Durante mucho tiempo todo lo que podíamos ver en el universo tenía la forma de cosas brillantes, como las estrellas. Y, en realidad, en el universo hay mucha más materia de la que se encuentra en las estrellas, y entre las cosas que brillan, las estrellas sólo representan un pequeño porcentaje de toda la masa del universo. El resto está hecho de algo diferente, distinto de lo que nosotros somos. Esta es una de las formas mediante las que vamos comprendiendo lo diferentes que somos del resto del universo al tiempo que formamos parte del universo. Eduard Punset: Y, sin embargo, también has dicho que una de las grandes lecciones de la ciencia ha sido el enseñarnos que no estamos en una situación privilegiada en el universo, no estamos en el centro del universo, ni tampoco nuestro tamaño es el mejor para poder entenderlo. Así que realmente somos muy insignificantes, ¿no?, y

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por constitución somos realmente incapaces de comprender lo que está pasando en la naturaleza. Chris Quigg: Bueno, creo que por constitución somos bastante capaces de comprender lo que sucede en la naturaleza, porque tenemos la capacidad de soñar y de viajar metafóricamente a muchos lugares y condiciones, lo que nos ayuda a entender las cosas. Estas revelaciones acerca de que nuestra posición, nuestro estado, no es privilegiado, proceden de la historia de la ciencia, que cada vez nos da algo en que pensar, algo en lo que ocuparnos. Así que sobre lo que has dicho, su primer registro histórico ocurrió hace 500 años gracias a la obra de Copérnico, Galileo, Newton y otros, que nos dijeron que nuestra tierra, nuestro lugar, nuestra ciudad no está en el centro del universo, y que no es cierto que seamos el eje del universo, que todas las otras cosas giren a nuestro alrededor. A la gente le llevó algún tiempo acostumbrarse a esa idea, porque cuando somos niños experimentamos nuestro entorno inmediato y luego vemos un poco más allá, y un poco más y más. Saber que hay todo un mundo ahí fuera, diferente de lo que somos..., le llevó un tiempo al ser humano... Hubiera podido darse el que nos sintiéramos rebajados por la noción de que no estamos en el centro de las cosas, que no somos lo más especial. Pero no ha sido así, sino que hemos sentido que esto nos daba la posibilidad de entender el universo tal como es y ver el lugar que en realidad ocupamos en él. Eduard Punset: ¿Nunca seremos capaces de ver un átomo?. Ahora, que podemos ver cómo están dispuestos en un bloque de átomos, ¿sabemos cómo se comportan y por qué razón se mantienen juntos para formar una molécula? Quiero decir, tres átomos pueden formar una molécula de agua y otros en cambio no se juntan, ¿quién está al mando de todo esto?, ¿qué es lo que hacen? Chris Quigg: Quién está al mando no es una pregunta que concierna a la ciencia, aunque quizá algún día lo sea. El mundo de los átomos es bastante sorprendente, y una de las cosas que nos hacen reflexionar es que desde hace 2.500 años hemos estado hablando

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de átomos: ya los encontramos en los escritos de los griegos y después de los romanos, que nos transmitieron esa idea, la idea de los átomos. Todo ello era una analogía con las letras del alfabeto y realmente no tenía ninguna base experimental o de observación... A mí me resulta muy sorprendente que la noción de átomos como cosas reales, no como una simple manera de entender la constitución del mundo, la adquirimos hace menos de cien años. Sólo entonces se estableció el hecho de que los átomos eran objetos físicos reales. Todo lo que los químicos habían llegado a saber en los cien años anteriores era que si añadías dos de estos a uno de aquellos, obtenías agua, pero esto no era más que una forma de cálculo rudimentaria, porque la gente nunca los había visto, como tú has dicho. Fue sólo por medio de observaciones realizadas en las décadas de 1910 y 1920 que se vio que eran realmente objetos mecánicos. A mí me resulta sorprendente haber conocido a gente, como mis abuelos, que estaban vivos cuando todavía los átomos no eran reales... Aún hay otro aspecto en el descubrimiento de que los átomos son objetos reales. Por definición, los átomos en la antigüedad se suponía que eran las partes más pequeñas e indivisibles de la materia, las porciones mínimas de las que todas las cosas estaban hechas. Uno de los logros experimentales que demostró que los átomos eran reales, fue que pudieron dividirlos. J. J. Thomson consiguió separar los electrones de los átomos. Becquerel, Curie y otros exploraron la radioactividad, Rutheford y Soddy descubrieron que un elemento se podía transmutar en otro, y si se podía cambiar una cosa inmutable por otra también supuestamente inmutable era porque la primera cosa, para empezar, tenía que estar ahí. Todo esto contribuyó a demostrar la existencia de los átomos. Pero yo diría que en gran medida hemos llegado a entender las leyes por las que interactúan los átomos -los problemas de cálculo a veces son muy difíciles- pero ahí la química cuántica ha hecho una labor muy importante prediciendo las formas de las moléculas e incluso, comprendiendo cómo se mueven dichas moléculas bajo ciertos estímulos, lo que nos da un buen entendimiento de todo ello. Eduard Punset: Es fantástico, ahora podéis ver la posición de los átomos y como dices, se pueden tomar y colocar en otro lugar. De alguna manera podéis predecir cómo se comportaran en ciertas circunstancias y 3

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ver de lo que estamos hechos. Pero cuanto estamos en esta fase ahora aparecen los neutrinos -que es otro animal diferente- y dices que cien millones de neutrinos procedentes del sol -ahí afuera- en estos momentos me están atravesando el cuerpo. Chris Quigg: Y si es así, ¿cómo es posible que no te des cuenta? Eduard Punset: Y yo sin saberlo. Y además dices que no interactúan con nada, por tanto, nadie los nota, y además no tienen masa, o eso es lo que parece, entonces ¿para qué están? Chris Quigg: Se puede contestar esto a varios niveles. Vemos el sol que brilla y la luz que emana sobre nosotros... Además en los neutrinos hay una cosa fascinante que es que interactúan muy poco, pero incluso por la noche, cuando el sol está en la otra parte de la tierra, los neutrinos siguen atravesando nuestro cuerpo. ¿Por qué están ahí? Bueno, nos gustaría comprender porqué el elenco de personajes es el que es: los quarks que forman el protón y el neutrón, el electrón, los neutrinos, etc. Aun estamos en el nivel de clasificar estos elementos y de reconocer qué son, cuáles son sus propiedades y, después, esperamos poder ir más allá y saber porqué se encuentran ahí. Lo que puedo decirte es que el mundo sería muy diferente si no hubiera neutrinos, incluso aunque no pueda ahora decirte porqué están ahí… Eduard Punset: Sería diferente. Chris Quigg: Extraordinariamente diferente. Para empezar el sol sería oscuro. Después de haber estado haciendo especulaciones durante años y gracias a observaciones directas, maravillosas, que se han hecho con un detector de neutrinos en Japón, en una mina que se llama la Mina Kamioka, se han podido observar neutrinos individuales procedentes del sol, porque no es que no interactúen en absoluto, es que lo hacen muy raramente. Se necesita un detector enorme y mucha paciencia para detectar unos pocos neutrones. Sabemos que las reacciones nucleares que dan energía al sol se pueden 4

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resumir diciendo que cuatro protones (el núcleo de hidrógeno, que es un componente básico de los elementos que hay en nuestro interior) se juntan a través de procesos muy complejos, se funden para obtener un núcleo de helio (llamado partícula alfa), más un par de electrones y un par de neutrinos. Los neutrinos son los últimos en aparecer y al hacerlo se produce una descarga de energía. Estas son las famosas reacciones de fusión con las que siempre nos prometen que resolverán los problemas de energía de aquí a 30 años. Eduard Punset: Aquí en la tierra. Chris Quigg: Siempre es de aquí a treinta años. Si no hubiera neutrinos que participaran en estas reacciones, las reacciones no sucederían, y no habría estrellas, no habría sol, estaríamos a oscuras. Eduard Punset: ¿Y podemos usar estos neutrinos para algo positivo, por decirlo eufemísticamente? Quiero decir, podemos utilizar estos neutrinos para buscar el conocimiento de… Chris Quigg: Bueno, se han utilizado mucho durante los últimos 35 años en los laboratorios de física de partículas. Precisamente a causa de esa propiedad elusiva, de que interactúan tan raramente. Podemos enviarlos al corazón de un protón o de un neutrón, y los pocos de ellos que interactúan nos dan información acerca de lo que han encontrado ahí. De manera que todo lo que sabemos acerca de la estructura interna del protón y del neutrón procede de haber diseminado partículas de alta energía, generalmente electrones, neutrones o neutrinos. Se deja ir esas partículas y aprender a leer una imagen de lo que hay en el interior. Es como hacer una radiografía del interior del protón. De esta manera sabemos que el protón está hecho de elementos más fundamentales llamados quarks, que se mantienen juntos gracias a una fuerza muy potente. En la física de partículas se utilizan los neutrinos de esta manera desde hace tiempo, haciendo una contribución muy importante a nuestro conocimiento. Ahora tenemos dos proyectos

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principales: uno es aplicar los neutrinos a la astronomía. Aquí también hay que tener conciencia de que interactúan muy poco, en contraste con la luz o el electromagnetismo, y que por ello, pueden quedar bloqueados por un poco de polvo en el universo, o como al principio del universo, cuando estaba ionizado, que la luz no llegaba. Los neutrinos llegan a nosotros desde prácticamente cualquier lugar porque las interacciones no los bloquean y la mayoría nos alcanzan. Actualmente hay un proyecto internacional en el Polo Sur para usar el hielo del casquete polar como detector y colocar tubos fotomultiplicadores en su interior para buscar las ondas de choque de luz que se crean las pocas veces en que los neutrinos interactúan con el hielo y producen electrones y neutrones de muy alta energía. Eduard Punset: Hablemos de algo que tú denominas topografía. Las personas corrientes estamos empezando a enfadarnos con los físicos, porque no nos decís qué demonios es el espacio y el tiempo. Parece increíble que después de 40.000 años de pensamiento todavía no estemos muy seguros de lo que es el tiempo y el espacio, y ni siquiera de si existen. Quiero decir ¿estamos progresando en esto o continuamos estando donde estábamos hace 100 años? Chris Quigg: Estamos progresando pero no sabemos hasta dónde tenemos que llegar. Una parte de lo que sabemos en ciencia, consiste en reconocer lo poco que se sabe acerca de esto o aquello. Hace 100 años, surgió con Einstein la noción de que el espacio y el tiempo iban juntos. Que tenemos tres dimensiones espaciales -hacia adelante y hacia atrás, arriba y abajo, a la derecha y a la izquierda- y luego el tiempo. Y que el tiempo estaba integrado en todo esto. Todas nuestras teorías actuales están basadas en esta especie de tratamiento simétrico del espacio y el tiempo, con la diferencia importante de que el tiempo es algo especial... Eduard Punset: Es algo muy especial.. Chris Quigg:

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Pero del mismo modo que nuestros limitados sentidos humanos nos impidieron durante mucho tiempo entender que los átomos eran algo real y no ficticio, en los últimos años hemos llegado a reconocer que una vez más la limitación de nuestros sentidos humanos pueden haber obstaculizado la comprensión clara de lo que son el espacio y el tiempo. Ahora pensamos, y esto a consecuencia de ciertas ideas de la teoría de cuerdas, que tiene la ambición de ser una teoría que está detrás de todo lo que conocemos y que finalmente podrá explicarlo... Eduard Punset: Una teoría acerca de todo. Chris Quigg: Bueno, no me gusta la expresión de teoría acerca del todo, porque incluso después de conocer todas las reglas todavía queda por saber cómo aplicar esas reglas a este maravilloso mundo tan diverso y complejo que nos rodea. Por tanto, creo que deberíamos tener un poco más de humildad cuando utilizamos expresiones como esa de "teoría acerca del todo", pero es una teoría de "mucho". No sabemos si la teoría existe o en qué consiste exactamente pero puede que sea importante, como suele decirse. La teoría de cuerdas tiene la propiedad de que no es matemáticamente coherente en cuatro dimensiones, sólo lo es en diez u once dimensiones. ¿y esto qué quiere decir? Eduard Punset: Lo que dices, es que esta teoría no es coherente con el hecho de tener tres dimensiones para el espacio -arriba y abajo y a los lados- y con el tiempo y por tanto debe haber otras dimensiones. Chris Quigg: Hay dos posibilidades. Una es decir que la teoría no vale, y la otra es que quizá la teoría nos intenta decir algo. ¿Cómo es posible que haya otras dimensiones que no entendemos? Una explicación posible es que estas otras dimensiones son tan extraordinariamente pequeñas que no hay ningún instrumento actual que pueda penetrar en ellas y verlas. Éste ha sido el punto de vista tradicional sobre la teoría de cuerdas durante los últimos 25 años. Pero, recientemente, en los últimos 3 años, nos hemos

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dado cuenta de que nuestras pruebas experimentales o empíricas según las cuales sólo hay tres dimensiones son realmente muy limitadas. Podemos construir un relato en el que todo esto sea verdad para la materia de la que estamos hechos y para las interacciones que conocemos, interacciones fuertes, débiles y electromagnéticas. Pero puede que haya otras dimensiones casi tan grandes como para tocarlas en las que habite la gravedad, o quizá otras fuerzas que no conocemos. Si uno se pregunta a sí mismo ¿cómo sabes que eso no es verdad? Resulta que, por observación, realmente no sabemos si es verdad. Así, en todo el mundo se están realizando ahora una serie de experimentos que han intentado observar el comportamiento de la gravedad no según la gran escala del universo sino a escalas muy pequeñas, y sorprende lo débiles que son las restricciones que podemos poner a la idea de que algo cambia en distancias cortas, distancias que pudieran ser tan grandes como una décima de milímetro, o sea casi a tamaño humano. La perspectiva sorprendente que tenemos ante nosotros es que pudiera haber más dimensiones en el espacio y el tiempo de las que hemos sido capaces de percibir hasta ahora. Durante los últimos tres años ha habido una gran labor de gente que intentaba pensar formas o crear instrumentos con los que poder ser capaces de explorar esas otras dimensiones y obtener pruebas de que existen. No sé si eso acabará resultando verdadero o útil, pero es un desarrollo teórico que me gusta mucho. En parte, porque es extraordinario, puede ser que no sea cierto y, sin embargo, no podemos asegurar que no sea verdad. Desde el punto de vista del trabajo que hacemos nosotros como físicos teóricos, esto nos proporciona una manera de pensar en cosas que antes no teníamos. Así que, en cierto sentido, tanto si acaba siendo verdad como si no, si es útil o no, abrirá nuestras mentes de una forma que no se había hecho antes, y estoy seguro de que algo aprenderemos de todo ello.

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