Réquiem por Mario

Micrografía de un linfoma difuso de células B grandes. Imagen: Nephron (CC)
Micrografía de un linfoma difuso de células B grandes. Imagen: Nephron (CC)

Recuerdo una canción que mi madre cantaba cuando yo era niño y cuya letra decía así:

Todas las brujerías
del brujito de Bulubú
se acabaron con la vacu-
con la vacuna-luna-luna-lu

Ni a mi madre, ni a ninguna de las madres de la España pobre en la que crecí, se les habría pasado por la cabeza, ni por un instante, saltarse cualquiera de las vacunas que en aquella década de los sesenta ya nos protegían a los niños de entonces de enfermedades como la difteria, la tosferina o la poliomielitis, que habían causado estragos tan solo unos pocos años atrás. Mi abuela, que perdió dos bebés de corta edad por enfermedades de las que hoy no nos acordamos, le habría retorcido el pescuezo, con la misma destreza con que se lo retorcía a la gallina para el estofado del domingo, a cualquiera que, voluntariamente, se negara a vacunar a sus hijos.

No es que mi madre —y más aún mi abuela— no creyeran en lo que hoy llamamos médicos naturistas y entonces se llamaban curanderos. ¡Cómo no iban a creer! Mis abuelos eran pastores en Nerpio, hoy un próspero centro de turismo rural y hace medio siglo una aldea remota donde vivían más lobos que personas. En aquellos pueblos abandonados, el médico era un lujo al que, a menudo, no tenían acceso ni los señoritos. A falta de médicos y de hospitales, había curanderos, que podían entablillar una pierna rota, o sacar una muela, o preparar una purga de Benito. Curanderos que a veces conseguían aliviar ciertos males y ayudar con sus ungüentos a sanar algunas heridas. Pero toda su sabiduría ancestral, todo su extenso conocimiento de hierbas y raíces, todas sus pociones y encantamientos, no servían —nunca sirvieron— para salvar un caso de apendicitis o prevenir un simple sarampión, no digamos ya para curar una leucemia.

Y sin embargo, hoy el brujito de Bulubú parece haber resucitado de sus cenizas, en forma de la absurda, irresponsable e irracional moda de oponerse a las vacunas. Una moda que ya ha costado la vida a algunos inocentes y que refleja el triste hecho de que una de las víctimas colaterales del exceso de bienestar es la cordura.

¿Por qué unos padres del siglo XXI se niegan a vacunar a sus hijos? La razón es muy simple: por superstición, la eterna superstición de la tribu, siempre durmiente y siempre presta a resurgir, como una infección mal curada, al primer despiste. La superstición cuyo origen es el pensamiento mágico, la noción de que es posible transformar la realidad si se conoce el conjuro apropiado. El pensamiento mágico es un atajo al que a todos nos gustaría recurrir. No hace falta deslomarse a trabajar para escalar puestos en la empresa, o pasarse las noches en vela soñando con la chica que nos gusta, o consumirnos de envidia mientras a nuestro enemigo le va bonito, si el brujo de turno nos puede facilitar el bálsamo de Fierabrás, el elixir del amor, el fetiche al que ensartar con agujas. ¿Para qué vacunarse si el chamán dispone de la hierba medicinal que todo lo cura y de paso nos previene en contra de «envenenar» a nuestro pequeño inoculándole un virus?

Curiosamente, esa misma superstición que florece en épocas de bonanza no prospera fácilmente en tiempos de miseria. Demasiadas veces, los pobres han comprobado que no hay tutía que sane la enfermedad, demasiadas veces se han apercibido de que los remedios del chamán no sirven para gran cosa. El brujito de Bulubú no tiene en su pobre choza antibióticos, ni antihistamínicos, ni epidural, ni aparatos de imagen médica para examinar los órganos internos del paciente, ni drogas para regular un corazón con arritmia,  ni insulina para regular el exceso de azúcar en su sangre, ni marcapasos, ni caderas de titanio, ni aceleradores de partículas para freír un tumor maligno. El curandero del pueblo de mis abuelos no era un mago y lo sabía. El médico moderno tampoco lo es y también lo sabe, pero su ciencia, muy a menudo, consigue milagros.

Y entonces, la tribu, siempre supersticiosa, reclama que el milagro ocurra siempre, que el médico se transforme en Dios y su ciencia en infalible. Y cuando eso no ocurre siempre hay quien está dispuesto a renegar, a descreer, a invocar los viejos sortilegios y reclamar que la medicina moderna ha olvidado «los conocimientos de nuestros ancestros». Cuando esas voces se elevan en un clima de prosperidad (la gente de hoy ha olvidado lo que significa que se mueran un bebé de cada tres, ni entienden que hace dos generaciones pocos llegaban a la saludable vejez que hoy consideramos nuestro derecho), siempre hay charlatanes dispuestos a ganar dinero vendiendo humo.

He visto ese fenómeno en otros contextos. A menudo, cuando doy una charla sobre energía, hay quien objeta que los combustibles fósiles no son necesarios (no digamos ya la energía nuclear, tabú de los tabúes solo superada en el rechazo de los justos por los transgénicos) porque ya existe «la pila de hidrógeno» (de nada me vale explicar que la pila de hidrógeno es una forma de acumular energía, no de generarla) o cualquier otro dispositivo fabuloso de cuya existencia mi interlocutor (y la mitad de la audiencia) no duda por un instante. La razón, me explican, de que no dispongamos de energía infinita y gratis son los intereses comerciales de la poderosa industria nuclear, los bancos, las oligarquías financieras y las logias judeomasónicas.

Lo cierto es que nuestra sociedad dispone de una fuente de energía casi inagotable (al menos en las escalas que nos preocupan) y casi gratis (un litro de gasolina cuesta menos que un litro de agua mineral). Todos nos beneficiamos de esta circunstancia y ni se nos pasaría por la cabeza renunciar a cualquier de las comodidades que nos proporciona. Por otra parte, todos queremos un mundo mejor, más bonito y más verde (la falsa nostalgia del buen salvaje) siempre que ese «paraíso» se nos ofrezca gratis. ¿La solución? Invocar el pensamiento mágico de nuevo. Nadie quiere que suba la factura de la electricidad (algo inevitable si se intenta cambiar el mix eléctrico a favor de energías renovables), o que se racionalice el transporte (nadie quiere renunciar a su coche) así que es más fácil creer que la solución al problema de la energía ya existe (la pila de hidrógeno o cualquier otro prodigio imaginario) y que los poderes fácticos ocultan su existencia para oprimir al pueblo. La superstición, a fin de dotarnos de los atajos que nos permitan esquivar el pensamiento crítico, lo mismo nos engatusa con el perpetuum mobile que con el jugo de la mandrágora.

Cuando a un muchacho de veinte años con leucemia le cuenta un «médico naturista» (posiblemente ni lo uno, ni lo otro) que los tratamientos que le proponen en el hospital son inútiles y le convence de que su medicina natural puede sanarle, estamos ante un caso de estafa. Una estafa criminal, para ser exactos, que se aprovecha de la desesperación del chico y de su confusión. La clave es muy sencilla: el médico no puede prometer milagros. La leucemia es una enfermedad muy seria. Los tratamientos de los que disponemos pueden mejorar la prognosis y en muchos casos curarla, o al menos prolongar significativamente la vida del paciente. Pero si a un chaval en la flor de la vida le proponemos un duro tratamiento de quimio sin otras garantías que la posibilidad de aguantar un rato más (¿qué son seis meses, un año, incluso un lustro para él?), si no podemos hacer otra cosa que ofrecer estadísticas cuando nos pregunta por una posible cura y esas estadísticas no son muy alentadoras… ¿es sorprendente que un desaprensivo le convenza de probar un tratamiento milagroso?

Mario Rodríguez era estudiante de Físicas. No lo tuve como alumno, pero me lo crucé a menudo por el campus, un chico fuerte, con una mata de pelo rebelde y cara de buena persona. Que un muchacho de su edad tenga que enfrentarse a una enfermedad tan terrible como la leucemia ya es bastante trágico. Pero es mucho peor que la intervención de un charlatán amplifique esa tragedia.

Nadie mejor que su padre, Julián Rodríguez para resumir la historia:

Mario dejó de  estar con nosotros en este mundo como consecuencia de dos cosas. Una fue la leucemia. Otra, que una persona que se le presentó como profesional de la medicina le dijo que le iba a curar con  «medicina naturista y ortomolecular». El hospital Arnau de Vilanova le hizo a Mario una coherente propuesta de «sesiones de quimioterapia y trasplante de médula ósea», pero Mario, desorientado (un chico con veintiún años a quien le dicen que tiene cáncer) hizo caso a quien creía un entendido en medicina naturista.

Este señor metió miedo a Mario con la quimioterapia, diciéndole que no aguantaría  más  sesiones, y tras dejarse el tratamiento del hospital y seguir con el «tratamiento» de aquel, en unas semanas le volvió a rebrotar la leucemia. Mario tuvo que ingresar otra vez en el Arnau de Vilanova.

Por favor, poneos en el lugar de un chico que desestima un tratamiento científico porque un «médico naturista» le va a tratar la leucemia (él creía que lo era y así se lo decía a los amigos) y tiene que volver a las quimios, pinchazos en la arteria, transfusiones de sangre, miedo, desconcierto, etc., sin ya nada que hacer, porque al no seguir el tratamiento en el momento adecuado la leucemia rebrotada se complica enormemente… «Papá, me he equivocado», me dijo. «No, hijo», le contesté. «No te has equivocado. Te han mareado la cabeza», por no decirle en un momento tan triste para él: «te han engañado».

El caso de Mario no es independiente de los casos de fallecimientos de niños no vacunados. El denominador común es el resurgir de la superstición en una sociedad que debería haberla superado. El denominador común es el atajo que supone el pensamiento mágico, la promesa del milagro si se siguen las instrucciones del chamán.

La medicina moderna ni promete, ni hace milagros. Acierta muchas veces, pero no siempre y, precisamente, reconocer sus limitaciones nos ayuda a mejorarla. Lo mismo puede decirse del resto de la ciencia y la técnica. Podemos mejorar nuestros sistemas de transporte, nuestros procesos industriales, la eficiencia de nuestros motores, podemos construir ciudades más limpias, coches más silenciosos, materiales más resistentes y menos contaminantes. Podemos alimentar a siete mil millones de personas y conectar el mundo en una red de internet libre que se inventó en un laboratorio de física de partículas llamado CERN. Pero no existe el motor de movimiento continuo, no sabemos (todavía) cómo montar un sistema energético basado exclusivamente en las energías renovables (y el día que aprendamos tendremos que lidiar con los problemas asociados a estas, que no son pocos), necesitamos pesticidas y agricultura industrial para producir suficiente alimento para los miles de millones de personas que habitan el planeta, no sabemos cómo resolver el problema del cambio climático ni sabemos llegar a Marte. Los hombres son imperfectos y su ciencia también. En cambio la pseudociencia de falsos profetas y embaucadores profesionales siempre se presenta como perfecta. Porque es mentira.

Julián ha lanzado una propuesta en Change.org para tratar de mitigar, en el ámbito que le ha tocado vivir, el efecto de las pseudociencias en el terreno de la medicina. Vale la pena leerla. Vale la pena pararse un segundo frente a los carteles de UNICEF o Médicos sSin Fronteras, en los que se pide ayuda para vacunar niños del tercer mundo y reflexionar sobre lo afortunados que somos. Vale la pena leer los informes del IPCC sobre el cambio climático para entender que no existen soluciones fáciles ni atajos que solucionen el problema por arte de magia.

Vale la pena recordar que la ciencia, sin la cual no se concibe nuestro bienestar, es un fenómeno reciente, tan reciente como el concepto de ciudadano donde antes había siervos de la gleba. Y nada está garantizado. La ciencia, en todo el mundo, está bajo ataque y no sería sorprendente que nuestras consentidas sociedades acabaran por matar a la gallina de los huevos de oro. Ojalá estos temores que aquí expreso sean infundados. Ojalá la superstición no nos aniquile.

Hoy he despedido a mis hijos, que se iban una semana al pueblo, con los abuelos. Es la primera vez que los subimos en un autobús y se van por su cuenta. Ya van siendo mayorcitos, Irene tiene catorce años, Héctor tiene once, es lo que toca. Pero cuando los he despedido se me partía el corazón, pensando en Julián despidiendo a Mario, camino de ese otro viaje.


Las preguntas de Lilia

Imagen: NASA (CC)
Imagen: NASA (CC)

El 18 diciembre de 2014, el profesor Paul Soler, de la Universidad de Glasgow, dio una conferencia divulgativa titulada «Neutrinos: mensajeros del espacio» en el colegio Gredos San Diego en Guadarrama (Madrid). Unos días después, recibió un correo que le escribía una de la alumnas del colegio, Lilia Cortina Fernández. El correo planteaba nada menos que cincuenta y seis preguntas (¡cincuenta y seis!), en las que Lilia demuestra, no solo una curiosidad sin límites, sino una asombrosa intuición científica.

Paul y yo somos amigos y colaboradores desde hace más de dos décadas. Trabajamos juntos muchos años en el CERN (en el experimento NOMAD, buscando oscilaciones de neutrinos tauónicos) y seguimos publicando algún trabajo conjunto de vez en cuando. En diciembre, tras su conferencia en Madrid, nos visitó en Valencia, donde formó parte del tribunal que aprobó, cum laude, la tesis del ya flamante doctor Francesc Monrabal. Paul me comentó el notable caso de Lilia y hace unos días me envió un documento con sus respuestas a la impertérrita preguntona, dejándome tan boquiabierto como sin duda se quedó él.

Paul sugirió que las preguntas de Lilia podían constituir un material interesante para publicar en Faster than light y no puedo estar más de acuerdo con él. Como el lector tendrá ocasión de constatar, el conjunto se aproxima bastante a un compendio que podríamos haber titulado: «Todo lo que usted siempre quiso saber sobre el universo pero no se atrevía a preguntar». Lilia sí se atreve y es una maravilla que lo haga. Paul, por su parte, se atreve a responder, de manera concisa y asequible, pero rigurosa. Muchas de las preguntas se refieren, directa o indirectamente a las propiedades de la luz y el año que entra (escribo estas líneas el 31 de diciembre de 2014) es el año internacional de la luz, promovido por la UNESCO. Parece apropiado que un blog que quiere moverse más rápido que la luz arranque el 2015 hablando de ella y todo lo que ilumina.

Como ya he comentado,  el enunciado de las preguntas es de Lilia y la respuesta, es de Paul. Las hipernotas son mías y expanden algunos de los temas que las preguntas van tocando. He modificado el orden original de las preguntas, para agruparlas por temáticas (origen y propiedades del universo, luz, agujeros negros).

Esta primera entrega está dedicada a las preguntas de Lilia relacionadas con la luz.

MIS PREGUNTAS SOBRE EL UNIVERSO (primera parte: LUZ)

(Preguntas:  Lilia. Respuestas: Paul Soler. Edición e hipernotas: J. J. Gómez-Cadenas)

El día que consigamos viajar a la velocidad de la luz, ¿nuestra masa será la misma de la que tenemos cuando viajamos a una velocidad normal o no tendremos masa?

Nunca podremos viajar a la velocidad de la luz. La teoría de la relatividad nos dice que para que un objeto con masa pueda viajar a la velocidad de la luz se necesita infinita energía, lo cual es imposible. La consecuencia es que solo una partícula sin masa puede alcanzar esa velocidad. Lo que sí es posible, a priori, es viajar a velocidades cercanas a la de la luz, invirtiendo, eso sí, mucha energía en ello. Por ejemplo, en el LHC[i] los protones se aceleran a una energía de 7 TeV y viajan a 0.999999991022 de la velocidad de la luz.

Si el tiempo depende de la velocidad del observador, cuando el observador va muy deprisa, ¿el tiempo pasa más rápido para él, y a su vez transcurre más tiempo? ¿se podría afirmar que mediante el proceso mencionado anteriormente seríamos capaces de comprimir el tiempo?

Hay que definir dos observadores, uno estacionario con respecto a un sistema de referencia y otro que se mueve con una velocidad (por ejemplo, en una nave espacial) con respecto al estacionario. Dentro de cada sistema de referencia nos parece que el tiempo corre igual (porque el tiempo que percibimos nosotros es siempre el tiempo en nuestro sistema estacionario). Pero desde el punto de vista del observador estacionario, para el que se mueve con una velocidad alta en la nave espacial, el tiempo se dilata. Es decir, el tiempo no se comprime sino, al contrario, el tiempo se dilata para el observador que se mueve a una velocidad alta, mientras que es el espacio el que se comprime.

Si viajamos por el universo aparentemente en línea recta y viéndonos desde nuestro punto de vista, ¿de qué forma es la trayectoria que seguimos realmente? Y si nos ve alguien que está frente a nosotros, ¿cómo nos ve llegar?

Un objeto viaja en línea recta a menos que exista una fuerza que modifique su trayectoria. Si viajas en línea recta percibes que no hay una fuerza y tanto para ti como para un observador externo te mueves a lo largo de una línea recta.

Siempre que existe una fuerza, incluida la fuerza de la gravedad, esta modifica la velocidad. Si además la fuerza no actúa en la misma dirección del movimiento, entonces la trayectoria se curva. Siempre que dejas de ir en línea recta percibes la existencia de una fuerza. Por eso, en el AVE aunque viajes a 300 km/h solo percibes la sensación de fuerza cuando el tren da una curva. Mientras se mantiene en línea recta, sobre todo si no hay traqueteos, no tienes sensación de velocidad. De hecho, si el tren se desplazara sobre raíles magnéticos, sin ningún tipo de vaivén, no tendrías forma de saber (con las ventanillas cerradas) si estás parada o te mueven a 300 km/h (de hecho no percibes que la Tierra se mueve a unos 107,000 kilómetros por hora en torno al sol, ya que, aunque la trayectoria que sigue es una elipse, la distancia que recorre nuestro planeta en su órbita es tan grande, que en la práctica, la fuerza que experimentamos debido a la curvatura es imperceptible)[1].

¿Los campos gravitatorios modifican a la luz?

Los campos gravitatorios modifican el espacio-tiempo alrededor de la masa que causa el campo. Como la luz viaja en línea recta en el espacio-tiempo, si este se curva debido al campo gravitatorio, entonces la luz también se curva aunque su velocidad siga siendo la misma.

¿Cómo afecta la gravedad al tiempo?

La teoría general de la relatividad asegura que existe una dilatación del tiempo debido a la gravedad. Es decir, para un observador cerca de un campo gravitacional grande, el tiempo transcurre más despacio que para un observador que está lejos de dicho campo. El factor de compresión es:

\gamma =\frac{1}{\sqrt{1-(R_{}s/R)}}

donde Rs es el llamado radio de Schwartschild[2] y R es el radio donde está el observador. Por ejemplo, si un planeta está a un radio que es dos veces mayor que el radio de Schwartschild, (es decir, cerca de un agujero negro)[3], entonces:

\gamma =\frac{1}{\sqrt{1-\frac{1}{2}}}=1.41

Eso quiere decir que para un observador cerca del agujero negro pasa un año, pero para el observador lejos del agujero han pasado 1.41 años. Los que están muy lejos del agujero negro envejecen más rápido que los que están cerca del agujero negro.

¿El espacio se modifica con la presencia de masa? Si es así, ¿la realidad que percibimos es una realidad distorsionada?

Aplica la respuesta a la pregunta anterior. La masa causa un campo gravitatorio que hace que se distorsione (se curve) el espacio y el tiempo alrededor de él.

¿Por qué vemos la luz?

Ves la luz porque esta interacciona con la materia a su alrededor a través de interacciones electromagnéticas. Por ejemplo, si tú ves algo es porque la luz interacciona con tu ojo en ciertas frecuencias entre 400 nm y 800 nm (es decir, entre el azul y el rojo, las frecuencias de luz visible). Aunque la luz no tiene masa, tiene energía que se traduce en su longitud de onda (mientras mayor sea la energía, menor es la longitud de onda). En resumen, vemos la luz porque tiene energía.

¿Existe la posibilidad de observar la luz en reposo?

La luz nunca puede estar en reposo, pues siempre viaja a la velocidad de la luz en el medio en el que está (en agua, por ejemplo, la luz viaja al 75% de su velocidad en el vacío). Para repetirlo una vez más, la luz siempre está en movimiento y sigue una trayectoria recta, a menos que se curve por interacciones con un medio. Por ejemplo, unas lentes de gafas tienen una cierta curvatura y hace que la luz cambie de dirección (un fenómeno que se llama refracción) dependiendo de la forma de la lente y del índice de refracción del medio (en unas lentes normales de cristal, el índice es n=1.5, que significa que la velocidad de la luz en el cristal es el 1/1.5 =67% de la velocidad de la luz en el vacío).

¿En qué punto perdemos la posibilidad de visualizar objetos que desprenden luz? ¿Depende esto del espacio que hay desde nuestra capacidad visual hasta el punto de emisión que el objeto desprende?

Mientras más lejos estemos de un objeto que emite luz, se verá con más debilidad. La relación entre la intensidad de luz emitida y la intensidad que se observa a una distancia es proporcional a la inversa de la distancia al cuadrado. Es decir, si doblas la distancia a un objeto, la intensidad de la luz disminuye a la cuarta parte. Al final, la capacidad que tienes para ver algo muy lejano depende de la capacidad de la instrumentación que uno tiene. Los astrónomos modernos usan unos detectores de luz con una gran sensibilidad que pueden observar solamente un fotón. Si la atenuación es muy grande y hay menos de un fotón entonces no se podrá observar. Los telescopios modernos tienen unos espejos enormes (por ejemplo de un diámetro de ocho metros) que intentan concentrar todos los fotones del espejo en estos detectores muy sensibles y así poder captar el máximo número de fotones provenientes de galaxias lejanas.

¿Está el pasado, presente y futuro en un mismo espacio?

Para cada punto en el espacio existe una trayectoria de tiempo, llamada línea de universo, donde existe el pasado, el presente y el futuro.

[1] Todo lo que usted siempre quiso saber sobre dinámica se cuenta con detalle en la excelente web: http://web.educastur.princast.es/proyectos/fisquiweb/Dinamica/index.htm

[2] http://es.wikipedia.org/wiki/Radio_de_Schwarzschild

[3] El radio de Schwarzschild para la masa del Sol es de 3 km mientras que el radio de Schwarzschild para un objeto de la masa terrestre sería de tan solo 8,8897 mm. El radio de Schwarzschild para el agujero negro supermasivo del centro galáctico es de aproximadamente unos 7,8 millones de kilómetros.

[i] Las siglas de Large Hadron Collider, el gigantesco acelerador de partículas que en la actualidad opera en el CERN y merced al cual se ha descubierto el bosón de Higgs.

NOTAS

Línea de universo

En física llamamos línea de universo de una partícula elemental a la secuencia de sucesos en el espacio-tiempo que se corresponden con la historia de esa partícula. Es decir, una línea de universo es una curva en el espacio-tiempo en la que cada punto puede describirse con la posición de la partícula en un tiempo concreto (x,y,z,t), donde (x,y,z) representan las tres coordenadas espaciales y t el tiempo. Por ejemplo, la órbita de la Tierra en el espacio es aproximadamente un círculo. La tierra vuelve cada año al mismo punto en el espacio. Sin embargo, en el espacio tiempo, la trayectoria de la Tierra es una hélice, ya que aunque la tierra pasa por los mismos puntos (x,y,z) cada año, lo hace en tiempos (t) más tardíos. De hecho, las líneas de universo son una manera general de representar una sucesión de eventos y su uso no está limitado a la física. Por ejemplo, una vida humana puede representarse como una línea de universo que describe completamente la historia de esa persona desde el nacimiento hasta la muerte.

Luz

En lenguaje corriente llamamos luz a una pequeña parte de las ondas electromagnéticas que llenan nuestro universo, en concreto a aquellas cuya longitud de onda está comprendida entre 400 y 700 nanómetros.

Figura 1: Definición de la longitud de onda
Figura 1: Definición de la longitud de onda

La longitud de onda es una propiedad esencial de las ondas, que ilustramos en la figura 1. Mide la distancia entre dos crestas (o dos valles consecutivos).

 

Figura 2: Ondas electromagnéticas
Figura 2: Ondas electromagnéticas

Las ondas electromagnéticas se caracterizan por su longitud de onda, tal como puede verse en la figura 2.

Como puede verse, la única diferencia entre las ondas de radio (cuya longitud de onda está comprendida entre los 10 milímetros y los 10.000 kilómetros) y la luz visible (cuya longitud de onda varía entre 400 y 700 nanómetros, esto es 4 x 10-7 y 7 x 10-7 metros) es lo «comprimidas» que están (la distancia entre picos). De hecho, para que un objeto sea «visible», la longitud de onda de la radiación que lo ilumina tiene que ser, como máximo del orden del tamaño del objeto (en otro caso, el objeto «cabe» entre los picos de la onda y por tanto pasa «desapercibido»). La luz visible, por tanto, nos permite resolver objetos del tamaño de milésimas de milímetro, o décima de micrómetro, entre los cuales se incluyen las bacterias (0,5 a 5 micrómetros), pero no los virus, que son demasiado pequeños (ver Figura 3) y necesitan, para resolverse una longitud de onda más pequeña que puede conseguirse con un microscopio electrónico[1].

Figura 3: Tamaño de los virus
Figura 3: Tamaño de los virus

Fotón

La física cuántica asegura que las ondas electromagnéticas (y en particular la luz) están compuestas de paquetes discretos de energía, llamados fotones (del griego, phos, o sea luz). El fotón no tiene masa y por tanto viaja en el vacío con una velocidad constante, a la que denominamos c (la velocidad de la luz, aproximadamente trescientos mil kilómetros por segundo). El fotón presenta tanto propiedades corpusculares como ondulatorias. Se comporta como una onda en fenómenos como la refracción que tiene lugar en una lente, o en la cancelación por interferencia destructiva de ondas reflejadas; sin embargo, se comporta como una partícula cuando interactúa con la materia para transferir una cantidad fija de energía, que viene dada por la expresión:

E=\frac{hc}{\lambda }

donde h es la constante de Planck, c es la velocidad de la luz y  es la longitud de onda. La energía de los fotones de luz visible es de alrededor de 4×10–19 J (o alrededor de 3 eV). Esta energía es suficiente para excitar un ojo y dar lugar a la visión.1

Unidades de energía

El electronvoltio (símbolo eV) es una unidad que los físicos utilizan para describir la energía de los procesos atómicos. Corresponde a la variación de energía que experimenta un electrón al moverse a través de una diferencia de potencial de 1 voltio.

¿Cuánta energía mide 1 eV? Para hacernos una idea, vale la pena empezar con un ejemplo familiar. Imaginemos al joven Isaac Newton rascándose el cogote después de que una manzana, que acaba de soltarse de la rama de un árbol, le propine un capón en plena testa (de acuerdo a la leyenda, el futuro gran hombre cae en ese momento en la cuenta de que la fruta cae debido a la acción de la gravedad). Newton se dice a sí mismo:

«La masa de la manzana que acaba de caerme en la cabeza es de 100 gramos (0,1 kg). Mientras caía y debido a la acción de la gravedad, ha ido acelerando (esto es, ganando velocidad) a razón de unos diez metros por segundo, cada segundo. Es decir, la aceleración de la gravedad es g = 10 m/s2. La fuerza con que la gravedad tira de la manzana es el producto de su masa por la aceleración de la gravedad, esto es, F = mg.  La masa de la manzana en kilogramos es 0,1 y por tanto:

F= 0,1 (kg) x  10 (m/s2) = 1  kg m/s2. Como acabo de descubrir todo esto, creo que es justo llamar “Newton” a esta fuerza».

Por tanto:

            1 Newton = 1 N = 1  kg m/s2.

Y como hemos visto, se corresponde a la fuerza con que la gravedad tira de un objeto de 0,1 gramos[2].

La unidad de energía en el sistema estándar de unidades o SI (de sus siglas en inglés) es el Julio, que se define como la cantidad de trabajo realizado por una fuerza constante de un newton para desplazar una masa de un kilogramo, un metro de longitud en la misma dirección de la fuerza. Ahora bien, si nos imaginamos que la rama de la que ha caído la manzana se encuentra a un metro del suelo, entonces para llevarla de nuevo hasta la rama, Isaac tiene que realizar una fuerza constante de 1 N (oponiéndose a la gravedad que la ha hecho caer), sobre un objeto de 0,1 kg.  El trabajo que tiene que realizar para levantar la fruta de nuevo hasta la altura de 1 metro es por tanto de 0,1 Julios (o 10-1 J en la compacta notación de la física). O en otras palabras, 1 Julio es el trabajo que tenemos que realizar para levantar una cesta de diez manzanas (cuyo peso sería del orden de 1 kg) a 1 metro de altura.

Pues bien, el electronvoltio es una fracción diminuta de esta energía.

1 eV = a 1,6 × 10-19 J.

No obstante, el eV es la unidad apropiada para describir las energías asociadas a los procesos atómicos. Por ejemplo, el átomo de hidrógeno consta de un solo protón alrededor del cual orbita un solo electrón. La energía necesaria para ionizar un átomo de hidrógeno (esto es, para arrancarle el electrón) es de 13,6 eV, es decir:

Energía necesaria para ionizar 1 átomo de hidrógeno = 13,6 x 1,6× 10-19  J =21,8 × 10-19 J.

¡Es decir, una fracción ridícula de la energía que necesitamos para levantar una manzana a un metro de altura! Por otra parte, la materia contiene una cantidad enorme de átomos. Concretamente, en 1 gramo de hidrógeno hay unos 6 x 1023 átomos de hidrógeno. Por tanto la energía que necesitamos para ionizar un gramo de hidrógeno es 21,8 x 6 × 10-19x 1023 = 1,3 106 J

¡Un millón de Julios! O lo que es lo mismo, diez millones la energía necesaria para levantar nuestra famosa manzana.

Todas las unidades de energía pueden relacionarse entre sí. Por ejemplo, podemos relacionar el Julio con la célebre kilocaloría cuyo consumo restringen las dietas de adelgazamiento a las que todos tendremos que someternos a la vuelta de las vacaciones navideñas.

1 J = 2,39 x 10-4 kcal. 

De ahí podemos deducir que levantar una manzana a un metro de altura (0,1 J o 0,0000239 kcal) no consume demasiadas calorías (en las comilonas de fin de año, quien más, quien menos, se mete entre tres y cinco mil kilocalorías diarias entre pecho y espalda). Sin embargo, para ionizar 1 gramo de hidrógeno necesitamos unas trescientas kilocalorías, o 1,3 x 106 x 2,39 x 10 -4 = 3,1 x 102 kcal. Por tanto, la energía que se requiere para mantener la actividad de un hombre robusto durante toda una jornada es la misma que hace falta para ionizar 10 meros gramos de hidrógeno.

Otro ejemplo. La energía necesaria para disociar un litro de agua (por electrólisis por ejemplo) es de 15793,31 KJ, donde el prefijo K denota «kilo» (multiplicar por mil, o sea 103). Por tanto,

Energía para disociar 1 litro de agua (formando H2) = 1,6 x 107 J.

O bien, unos 4,4 kilovatios-hora (la unidad de energía que aparece en la factura de la luz).

No son pocas las veces que, en conferencias públicas sobre energía, me preguntan por la «pila de hidrógeno» como fuente de energía. Pues bien, la pila de hidrógeno no es una fuente de energía. Cierto, podemos usar el hidrógeno para almacenar la energía, pero para formar ese hidrógeno, antes hemos tenido que gastarnos energía (para disociarlo del oxígeno en el agua). Para hacernos una idea: la potencia contratada por un hogar típico en España es del orden de 3 a 5 kilovatios. Por tanto haría falta emplear toda la energía eléctrica contratada por un hogar típico, durante una hora, para disociar un litro de agua produciendo la correspondiente cantidad de hidrógeno.

¿Y cuánto hidrógeno sería? La molécula de agua, H2O, contiene un átomo de oxígeno y 2 de hidrógeno. El oxígeno tiene 8 protones y 8 neutrones (que pesan aproximadamente lo mismo) y la molécula de hidrógeno (H2) contiene 2 protones. Por tanto, el peso relativo del H2 en la molécula de agua es 2/18, o 1/9, o, aproximadamente, 0,1. Un litro de agua pesa 1 kg. Por tanto, al disociarlo generamos 100 gramos de H2 para nuestra pila.

Pero volvamos al electronvoltio y sus múltiplos. El LHC acelera los protones hasta 7 TeV. TeV son las siglas de Tera electronvoltio. El prefijo Tera equivale a multiplicar la cantidad a la que precede por un billón (o sea por un uno seguido de 12 ceros, o 1012). Por tanto 1 TeV = 1012 eV = 1,6 × 10-7 J.

Como ya hemos comentado, a primera vista, se diría que 1 TeV es una unidad de energía muy pequeña. Pero no hay que olvidar que estamos aplicando esa energía a objetos que tienen masas muy pequeñas (y que son muy numerosos). En nuestro ejemplo, el cociente de la energía necesaria para levantar la manzana desde el suelo hasta la rama del árbol y su masa es de 0,1 J/0,1 kg = 1 J/kg. En el caso del LHC, el cociente de la energía a la que aceleramos el protón y la masa del protón es casi de 7000.

En otras palabras, la aceleración que el LHC imprime a los protones es enorme, suficiente para acelerarlos hasta velocidades cercanas a la de la luz.

Factor de dilatación relativista

Como ya hemos comentado en la nota anterior, una cantidad importante es el cociente entre la masa de un objeto y su energía. Llamamos factor de dilatación relativista, g, a ese cociente.

 \gamma =\frac{E}{m}

Así, el factor de dilatación relativista para un protón que se mueve en el LHC es:

 \gamma =\frac{E}{m}=\frac{7000 GeV}{0.938GeV}=7463

¿Por qué el nombre «factor de dilatación relativista»? La razón es que la teoría de la relatividad asegura que el tiempo medido en el sistema de referencia de un objeto que se mueve a velocidades cercanas a las de la luz (con respecto a un determinado sistema de referencia, al que llamaremos sistema del laboratorio) se dilata (en el sistema del laboratorio) proporcionalmente a ese factor.

Es decir. Supongamos un observador[3] que viaja montado a caballo de uno de los protones que circula por el interior del LHC. Decimos de este observador que vive en «el sistema de referencia propio» del protón. El observador puede medir el tiempo (t) en el sistema propio de los protones. Por su parte, un observador situado en la cabina de control del LHC (el sistema de laboratorio) mide también el tiempo en el sistema de laboratorio (t’). Pues bien, la teoría de la relatividad nos dice que la relación entre el tiempo medido en el sistema de laboratorio y en el sistema propio es:

                                 {t}'=t\gamma

O en otras palabras, si los protones que circulan por el LHC fueran una nave espacial, el tiempo de la tripulación pasaría 7463 veces más lento que el tiempo en el control de la misión. Un día en la nave equivaldría a veinte años en la Tierra.

Pues bien, la velocidad que adquieren los protones en el LHC se puede calcular directamente una vez que se sabe el factor \gamma.

\frac{v}{c}=\sqrt{1-\frac{1}{\gamma^{2}}}

Obteniéndose 0,999999991022 de la velocidad de la luz.

[1] http://es.wikipedia.org/wiki/Microscopio_electrónico

[2] El joven Isaac, al que le gustan los números redondos aproxima la aceleración de la gravedad, g, al valor 10 m/s2. Un valor más preciso es g = 9,81 m/s

[3] Un observador se define como un genio, espíritu o ángel, invisible, ingrávido e insustancial, capaz de realizar medidas de tiempo, espacio u energía allá donde se lo solicitemos.


Italianas en España

paola y paola

La probabilidad, si se piensa bien, no es muy alta. Las dos son italianas, nacidas en Milán hace treinta y pocos años, tienen un doctorado en Física y trabajan en el Instituto de Física Corpuscular de Valencia. Para mayor inri ambas responden al bonito nombre de Paola (que en italiano se pronuncia acentuando ligeramente la «a»). Paola Ferrario es una investigadora del equipo NEXT, mientras que Paola Solevi es una experta en imagen médica. De hecho, aunque las especialidades profesionales de ambas parezcan, a primera vista, algo diferentes, lo cierto es que trabajan en cosas bastante parecidas, ya que ambas desarrollan sofisticados algoritmos de reconstrucción de patrones que involucran una fuerte preparación matemática y amplios conocimientos de informática. Lo que no impide que ambas sean aficionadas a la literatura, el buen cine, la buena mesa y los buenos amigos y ambas sean activistas sociales, cada una a su manera.

Llevan ya bastantes años viviendo en España y hablan un español casi perfecto, aunque ninguna de las dos se ha desprendido de un ligero acento (una forma mimosa de hablar que endulza y le quita aristas a la dura lengua castellana) que las delata. Y quizás no sea solo el acento. Siguen siendo italianas en la forma y en el fondo. De ahí la tentación de investigar cuáles son las diferencias entre ambas, al menos en lo que concierne a su relación con la vieja piel de toro y sus habitantes.

¿Cómo se os ocurrió la idea de venir a España?

Paola Ferrario: La idea de venir a España a hacer un doctorado en física tomó forma al acabar la carrera, cuando empecé a plantearme el futuro y vi que hacer la tesis en el extranjero era una excelente oportunidad para conocer lugares nuevos, aprender un idioma y vivir una experiencia que me enriqueciera no solo profesionalmente, sino también a nivel personal. ¿Por qué España? Por muchas razones. A la altura del año en la que empecé a mirar becas y programas de estudios, ya se habían cerrado los plazos prácticamente en todos los sitios, incluida España, donde, sin embargo, me encontré con el primero de una larga serie de ¡No pasa nada!, tenía buenas posibilidades de conseguir una beca (era todavía tiempo de vacas gordas, en investigación y en todo), conocía a un grupo de investigación muy bueno en mi campo y España y el español me atraían desde que había vuelto de un mes maravilloso en el camino de Santiago, años atrás.

Paola Solevi: Mi caso fue algo distinto. Durante el doctorado en la Universidad de Milán me ofrecieron pasar un año en el CERN (el laboratorio de física de partículas, sito en Ginebra donde se ha descubierto el bosón de Higgs). En ese momento no me di cuenta del alcance profesional de tal oportunidad, simplemente vi la posibilidad de un viaje, de una experiencia. Pero al cabo de cierto tiempo me di cuenta de que se trataba de un viaje solo de ida. Me enamoré del entorno internacional, de los intercambios culturales y por supuesto de la investigación. Acabé el doctorado y conseguí un puesto postdoctoral en la Universidad Politécnica de Zurich. Durante una temporada viví y trabajé en un triángulo entre Francia, Ginebra y Zurich. Por la época empecé a colaborar con un grupo de Valencia que me empujó a solicitar una beca Marie Curie de la Comunidad Europea. Y aquí estoy, cuatro años después. Mucho me temo que el desarrollo de mi carrera profesional en España ha sido el perfecto reflejo de la economía española, cuando me paro a pensarlo me sorprendo del increíble paralelismo. Empecé con una prestigiosa beca, luego comenzó un funambulesco recorrido entre contractos de seis meses y en estos momentos no tengo un contrato estable. Curioso, llegué en 2010 pensando que me tropezaría con un país atrasado y por el contrario, me encontré en una España despierta y vivaz. Ahora, que me planteo marcharme, me dejo el país como imaginaba que lo encontraría. Es una pena haber sido testigo de un retroceso tan claro.

¿Cuáles fueron vuestras sensaciones iniciales?

PF: Hay que reconocer que vivir en Valencia para una italiana no es precisamente lo que se dice un reto: superé sin mucha dificultad el trauma de los más de trescientos días de sol al año, las comidas en las terrazas en pleno invierno, el impacto con el jamón ibérico de bellota y los arroces valencianos, la semana o así en los que me vi obligada a expresarme en inglés porque no sabía usar el idioma local… España te hace sentir como en casa en lo que se refiere a la forma de las relaciones: los compañeros de trabajo comen juntos, los domingos a menudo son días dedicados a la familia (¡no se te ocurra faltar a un cumpleaños o a un santo!), por no hablar de las fiestas tradicionales. Como en Italia, hacer partícipe de tu vida al otro pasa a menudo por una buena comida. Esto de la comida es una obsesión compartida entre españoles e italianos, que nunca se acaban de explicar nuestros colegas nórdicos del IFIC.

Pero no todas son similitudes, ¿hay algo que hayas encontrado distinto?

PS: Algo que me gusta del país ha sido la realidad de la movilización ciudadana. Quizás mi estancia ha coincidido con un contorno socio-político inquieto e incierto, pero sin duda existe en España una accesibilidad sin barreras al activismo. Aquí desarrollé una faceta importante para mí, como defensora de los derechos humanos y como luchadora ambiental. Yo diría que si tienes un ideal, aquí puedes encontrar fácilmente un colectivo, una asociación, un movimiento que lo comparta. Existe un sustrato de personas que unen alegría, ilusión y dinámica de cambio cotidiana. Para mí fue un magnífico descubrimiento.

Por otro lado, tengo que decir que después de haber oído tanto hablar en otros países de cómo el machismo sigue impertérrito en Italia, antes de venir aquí no sabía lo que significaba que me trataran «como a una mujer», en el sentido más rudo de la palabra. Esto me ha pasado en Valencia. Cruzarme por una acera con un abuelo de ochenta años y oír comentarios picantes sobre mi anatomía, o ir a correr por el río y descubrir que los chavales en bici se entretienen con el juego de «pincha al trasero». La verdad es que esas experiencias no han sido particularmente agradables, a pesar de que muchos, aquí, le restan importancia.

PF: Por mi parte, venía algo encandilada. Al principio, cuando buscaba piso para compartir, la voz de los chicos que me contestaban por teléfono me parecía muy seductora, con esas eses cautivadoras por todos lados… Creo que el encanto duró algo así como una semana, el tiempo para que lo exótico se vuelva rutinario… Bromas aparte, una de las cosas que vi claras desde muy al principio de mi vida en España fue que, para entender a los españoles, debía conocer su historia, especialmente la historia del siglo pasado. Eso fue porque me topé enseguida con una de las (no muchas) diferencias entre nuestros dos países, la ideologización de la sociedad civil. En España es afición nacional encasillar a la gente, ya sea por sus ideas políticas, por la ropa que visten o por su filosofía de vida. No me había pasado antes que una persona me dijera: «He votado a fulanito en estas elecciones, pero, por favor, no lo digas en voz alta». Esto lo veo tanto en las relaciones personales como en el debate político: hay muchos clichés ideológicos (como que ser nacionalistas es de izquierdas, o si abogas por respetar la ley eres un facha) que sorprenden a uno que viene de fuera.

¿Qué opináis de los tópicos que se suelen atribuir a los españoles? Que son unos vagos, que no trabajan, mucha siesta y mucha fiesta…

Paola y Paola: Con respecto a las fiestas, nunca un cliché se inspiró en hechos más verdaderos… En general no diríamos que los españoles trabajan menos que en otros países, sino que el trabajo tiende a diluirse en el tiempo a compás de almuerzos, meriendas, papeleos, reuniones descontroladas, cotilleos (deporte nacional), etc. Aunque luego se logran resultados como en cualquier otro sitio. Lo cual no deja de ser asombroso, porque cada dos por tres hay un santo, una virgen o una fecha histórica a celebrar y, cuando no la hay, se inventa. Por ejemplo, en Valencia se da el curioso caso del santo patrono «bailarín» del campus de la universidad, de cuyo nombre nadie consigue acordarse, pero cuyo día festivo «baila» todos los años, operando el milagro de conseguir un puente festivo.

Yya para terminar. ¿Podéis resumir vuestra experiencia en un par de líneas?

Paola y Paola: Es indiscutible que vivir aquí ha sido una experiencia enriquecedora, con sus dificultades, sorpresas y desilusiones. Una sensación que compartimos es la de que, a pesar de las similitudes entre España e Italia y a pesar de haber vivido aquí muchos años y habernos adaptado bien, seguimos siendo italianas en España.

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Universo 2.0

Imagen: Methoxy Roxy (CC)
Imagen: Methoxy Roxy (CC)

Worm236 es un tipo sencillo. Tan sencillo, de hecho, que solo tiene diez mil neuronas en su cerebro. No son muchas, más o menos las mismas con que cuenta el cerebro de una sabandija o de un caracol. Una mosca de la fruta, con cien mil neuronas, es mucho más inteligente, por no hablar de la cucaracha común, que, con un millón, es una auténtica lumbrera comparada con nuestro amigo. La cucaracha, a su vez, no tiene muchos sesos si se mide con los 200 millones de neuronas de la rata común. Y la rata es una descerebrada en la escala de los casi cien mil millones de neuronas que se apretujan en el interior del cráneo del doctor Márquez.

El doctor Márquez (Aníbal, para los amigos), por otra parte, está muy orgulloso de la inteligencia de Worm236. Tiene razones para ello, si tenemos en cuenta que, con sus diez mil neuronas, el animalito no solo es capaz de encontrar comida y escapar de los depredadores que quieren comérselo a él, sino que le sobra para ligar con otros de su especie. Bien es verdad que Worm236 lo tiene más fácil —lo de ligar— que el doctor Márquez, aunque solo sea porque, al igual que todos sus parientes, es hermafrodita y capaz de cambiar su sexo en cada encuentro con otra pareja. Aníbal, por otra parte, es un tipo tímido y con poca labia, a pesar de su nutrida población neuronal. A veces, sobre todo cuando se cruza por los pasillos del Instituto de Estudios Avanzados con la doctora Sonia Sagaz, alias Sonia la pelirroja, a Aníbal le encantaría tener el mismo desparpajo del que hace gala su animalito.

Y es que Worm236 no se anda por las ramas en lo que se refiere al sexo. Si avista una posible pareja, pone manos a la obra reproductiva en menos tiempo del que le cuesta a Aníbal suspirar pensando en los rizos bermejos de Sonia. Esa claridad de ideas (zamparse sin vacilar toda la comida que encuentra, salir por piernas a la menor señal de peligro, no perder ocasión de propinarle un revolcón a cualquier pariente que se le acerque) es una característica del bichito que le está haciendo, a él y al resto de su familia, la especie más exitosa de Universo 1.0.

Porque quizás convendría aclarar, en este punto, que Worm236 no está hecho del mismo material que Aníbal. En términos estructurales, este último es un saco lleno de agua en el que nadan un puñado considerable de moléculas orgánicas. Worm236, en cambio, es una colección de bytes que se propagan por la CPU del superordenador en el que el doctor Márquez ha programado Universo 1.0. Por otra parte, hombre y bicho se parecen en muchos aspectos. Ambos tienen un cerebro, aunque el del primero contenga siete órdenes de magnitud más neuronas que el del segundo y ambos están dotados de un órgano de visión que les permite distinguir los objetos materiales del mundo que les rodea y en consecuencia elaborar una imagen mental de este. Gracias a esa imagen, los dos son capaces de encontrar alimento, rehuir peligros e identificar parejas (Worm, de hecho, lo hace mejor que Aníbal).

También se parecen en el hecho de que ambos han desarrollado su cerebro evolutivamente. En el caso del humano, el proceso lleva en marcha cosa de un millón de años (si contamos desde el momento en que cierto mono cabezón se bajó de los árboles para adentrarse en la sabana africana), mucho más si añadimos el trabajo previo de docenas de especies de mamíferos que anteceden al primate en cuestión, desde que los dinosaurios hicieron mutis por el foro.  Worm236, por su parte, ha emergido, a partir de los algoritmos de DNA escritos por Aníbal, en cuestión de unas pocas semanas, eso sí, también como el producto final de numerosísimas generaciones. La evolución no tiene otra manera de hacer las cosas que por prueba y error, pero el universo en el interior del ordenador de Márquez evoluciona muy rápidamente. O al menos lo hace para el investigador. El tiempo subjetivo de Worm (si tuviera bastantes sesos como para tener noción del tiempo) pasaría tan lento como pasa el del hombre, ya que vendría determinado por la velocidad de percepción de sus sentidos. De hecho, Worm236 es un auténtico matusalén, lleva varios minutos campeando a sus anchas en la simulación, lo cual, en el reloj interno de Universo 1.0 equivale a casi quinientos años.

Claro que también hay diferencias. El gusanito artificial es un tipo sencillo,  ya lo hemos dicho. Márquez, en cambio, es increíblemente complejo. Esa complejidad se traduce, entre otras cosas, en la misteriosa noción del «yo», la extraña percepción reflexiva con la que la inteligencia de Aníbal se conoce a sí misma. ¿De dónde sale tan extraña propiedad? Márquez tiene la teoría de que todo es una cuestión de número. Con diez mil neuronas, no es de esperar que Worm236 tenga más conciencia que un caracol, pero la potencia de cálculo de la que dispone Aníbal aumenta exponencialmente y el año que viene ya planea un experimento en el que cada habitante de Universo tendrá cien mil neuronas en su cerebro artificial. Tantas como una mosca. Y en unos pocos años más, los animales artificiales que poblarán su mundo de silicio serán tan inteligentes como cucarachas y quizás no pasen tantas décadas hasta que pueda emular seres con millones de neuronas. Cierto, hasta llegar a la complejidad del ser humano, aún falta mucho, pero todo se andará. En lo que se refiere a la ciencia, Aníbal es un optimista, tanto, que crear inteligencia artificial se le antoja a veces más fácil que atreverse a invitar a Sonia a cenar.

polyworldOverview
Vista global de «Polyworld», el universo artificial creado por el investigador norteamericano Larry Yaeger, con el ánimo de desarrollar inteligencia artificial a partir de selección natural y algoritmos evolutivos. Las criaturas de Polyoworld cuentan con un cerebro artificial basado en una red neuronal con aprendizaje Hebbiano. Las redes neuronales de cada criatura se construyen a partir de su genoma.

Una de las cosas que preocupa a al doctor Márquez (aparte de las posibles calabazas de la pelirroja) es la consistencia de Universo 1.0. A día de hoy, las leyes físicas que lo rigen son de lo más rudimentario. Los terrones de alimento que Worm y sus colegas consumen vorazmente aparecen en la pradera por la que se deslizan por arte de birlibirloque, el programa se limita a depositar una cantidad fija de energía concentrada en ampollas, distribuidas al azar. A Worm le basta con ver una de ellas y acercarse lo suficiente para absorber la energía que su metabolismo necesita. No es poca hazaña, si se piensa bien, habida cuenta de que Aníbal no ha programado al animalito para que aprenda a distinguir los terrones de comida o para que caiga en la cuenta de que tiene que acercarse y tocarlos para absorberlos. Todo eso lo ha aprendido su cerebro artificial a base de prueba y error, a base de una selección natural que ya lleva muchas generaciones en marcha. Por otra parte, la evolución todavía no ha llevado al bichito a preguntarse por la naturaleza de la comida que consume y los mecanismos que la crean. Si lo hiciera se daría cuenta de que en Universo 1.0 la energía no se conserva.

De hecho, si Worm fuera un poco más listo, también se daría cuenta de que el suyo es un cosmos finito, delimitado por barreras artificialmente introducidas en la simulación. Pero como no tiene muchas luces, cada vez que él o uno de sus colegas se tropieza con el fin del mundo, se limita a darse la vuelta y buscar la diversión en otro sitio.

Aníbal tiene muy claro que, a medida que los sesos de sus criaturas se vayan haciendo más complejos, tiene que esforzarse en mejorar las leyes de la física que gobierna Universo 1.0, no sea que, en algún momento, los habitantes de su mundo artificial se den cuenta de que viven en una simulación. Si eso ocurriera el experimento se arruinaría del todo, de eso el doctor Márquez está bastante convencido. No quedaría otro remedio que detener la simulación, darle al botón de reset y empezar de nuevo.

Pensando en cómo mejorar la física de su simulación, Aníbal cae en la cuenta de que acaba de dar con la excusa perfecta para romper el hielo con Sonia. Después de todo, la muchacha, además de guapísima, es una de las cosmólogas más reputadas del Instituto de Estudios Avanzados. Dicho y hecho, le envía un correo electrónico, explicando su problema y proponiendo una cita para recabar la autorizada opinión de la experta. La muchacha pica. Quedan en la cantina. Hablan, primero de la simulación de Aníbal y luego del Universo inflacionario de Sonia. Simpatizan. Ella le escribe unos días después, dándole un par de ideas para mejorar su programa.

«Necesitas una fuente primigenia de energía», ofrece. «El truco está en introducirla toda de golpe, de una sola vez y poderla ir dosificando como te convenga». Aníbal se queda perplejo y Sonia le pone la analogía de nuestro propio universo, en el que toda la energía disponible se crea, instantáneamente, en el big bang. «Cuando tus criaturas aprendan a resolver ecuaciones diferenciales se darán cuenta de que hay una singularidad en el instante inicial del universo, pero no les quedará otra que aceptarla, igual que la aceptamos nosotros». Introducir un big bang en Universo 1.0 tiene además la ventaja, le explica, de que es posible expandir continuamente el horizonte, usando la energía liberada en la explosión, de tal manera que sus habitantes no tengan manera alguna de llegar al borde de la simulación, como le ocurre ahora. «De paso, podrías introducir una velocidad máxima de propagación de las señales, de tal manera que no puedan desplazarse demasiado deprisa», propone.

Aníbal pone manos a la obra y diseña una simulación mucho más convincente, que copia, de manera simplificada pero efectiva, las sugerencias cosmológicas que Sonia le va haciendo. Por supuesto, Aníbal está encantado con todas esas mejoras, que cada vez interesan más a la chica, tanto, que últimamente se ven casi a diario. Pasan las semanas, que se convierten en meses y mientras Worm y familia siguen evolucionando (el sujeto prototipo que estudia el doctor Márquez ya no es Worm236 sino Worm5e+7, su remotísimo tataranieto) Sonia y Aníbal también evolucionan. La noche que ella le da el primer beso, él lo interpreta como una señal del destino y pulsa el botón que aniquila la simulación (Worm y los suyos desparecen del cosmos sin tener tiempo a darse cuenta de lo que les ocurre) y arranca la nueva.

De madrugada, Sonia se despierta, inquieta. A su lado, Aníbal duerme, beatífico como un ángel. En la mesilla de noche, la tableta de la que nunca se desprende, se ilumina periódicamente, ofreciendo datos que permiten monitorizar la evolución de la nueva simulación. Siguiendo sus consejos, Aníbal ha programado una fase inicial de expansión muy rápida después de la explosión inicial, con el ánimo de producir una distribución uniforme de materia y energía en el nuevo cosmos que ambos han creado. También han introducido unas pequeñas irregularidades en la sopa primigenia, que luego la expansión amplificará, de tal manera que se formen grumos de materia y energía, parecidos a las galaxias de nuestro universo. Con un poco de trabajo extra, han conseguido simular un sistema planetario en el que el mundo donde va a vivir la siguiente generación de Worms orbite en torno a un globo de energía, esencialmente inagotable. No les ha quedado otro remedio que intervenir una segunda vez, Sonia estaba convencida de que bastaba con introducir una buena simulación de big bang, pero finalmente ha tenido que darle la razón a Aníbal y aceptar plantar a mano la semilla de la vida artificial, un sistema de moléculas que simulan el ADN y saben copiarse a sí mismas. A fin de cuentas, ha bromeado Aníbal, si los futuros físicos de Universo 2.0 pueden tragarse la gran explosión sin sospechar que hay gato encerrado, los biólogos pueden hacer lo propio con el origen de la vida.

En silencio, Sonia se levanta y sale a la terraza. La noche de verano le ofrece el inconmensurable espectáculo de las constelaciones girando poco a poco en el cielo. Sonia las contempla, conoce el mapa del cielo al dedillo, sabe dónde localizar Andrómeda, la galaxia vecina que, por capricho de la física del cúmulo local en el que vivimos se acerca a la nuestra, en lugar de alejarse como hacen casi todas las otras. Veloces, veloces, marchándose cada vez más deprisa, con una velocidad proporcional a la distancia que nos separa de ellas, expandiéndose con un cosmos cuya ansia no puede frenar la gravedad.

Un escalofrío le recorre los huesos. Las incoherencias, las extrañas incoherencias. La velocidad de rotación de las galaxias no es consistente con la materia luminosa que generaciones de astrónomos ha pesado cuidadosamente. Falta materia, falta casi toda la materia del universo, pero nadie ha encontrado jamás traza de esa ausencia, por mucho que la han buscado. Y no solo eso. El universo se expande, acelerando cada vez más, algo imposible si no estuviera lleno de una sustancia que antigravita, una sustancia de la que nadie sabe nada, por mucho que darle un nombre, Energía Oscura, parezca mitigar en algo su ignorancia.

Eso, por si no fuera poco esfuerzo aceptar un universo inflacionario que multiplica su tamaño en cuarenta y siente órdenes de magnitud durante el primer latido del universo. O tragarse un truco que nadie entiende, para quitar de en medio la antimateria, que el big bang produjo en las mismas proporciones que la materia y que, de no haber aparecido un mecanismo sospechosamente eficiente para eliminarla, habría impedido que se formaran las galaxias, las estrellas, la vida, el hombre.

Inflación, aniquilación de la antimateria, materia oscura, energía oscura… Deus ex machina. O chapuzas, para decirlo sin latinejos. Chapuzas de unos diseñadores poco cuidadosos, o que aún no han perfeccionado lo bastante su simulación.

Oye la voz de Aníbal, llamándola desde la habitación. No es la primera vez que a Sonia le asalta la duda, pero desde que están juntos, desde que se aman, esas dudas le producen menos angustia. Se pregunta si los diseñadores también saben lo que es el amor. Y si lo saben los diseñadores de los diseñadores. Y sin en esa cadena, quizás infinita de simulaciones que intuye, alguien se ha dado cuenta de que, quizás, ese sentimiento prístino que siente arder en su pecho, es la mayor, la más inexplicable de todas las incoherencias.

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El clúster de la bala en la constelación de Carina consiste en dos clústeres de galaxias chochando. El movimiento de las galaxias no puede explicarse en términos de la materia normal observada con telescopios de rayos X pero puede explicarse cuando se añade materia oscura. En rojo la distribución del gas interestelar y en azul la distribución de materia obtenida a partir de técnicas de lente gravitacional


Aliens, videojuegos y el gato de Schrödinger

Una escena de Al filo del mañana. Imagen: Warner Bros. / Village Roadshow / 3 Arts Entertainment.

La sensación de déjà vu desde el principio de la entretenidísima cinta sci-fi Al filo del mañana, es apabullante. Casi desde el primer segundo, no dejo de preguntarme por qué me resulta tan familiar la secuencia que constituye el núcleo de la historia, a saber: el (anti) héroe se despierta la víspera del día D en un campamento militar, pasa la noche en capilla antes de la batalla, es arrojado (literalmente) a una Omaha todavía más sangrienta que la original, en la que los aliados pierden la batalla, la chica muere a los treinta segundos de aparecer y él no dura ni cinco minutos bajo el fuego enemigo… Un final entre trágico y predecible, más trivial que triste. Lo cierto es que el no-héroe es cobarde, inexperto y nunca tiene oportunidad alguna.

Rebobinamos. Un instante después de su muerte, el héroe se despierta exactamente en las mismas circunstancias de la víspera. Sabe lo que le aguarda y trata de arreglar el desaguisado, pero todo es en vano. Como a la pobre Casandra, nadie le hace caso cuando intenta avisar a los mandos de la escabechina que les espera. Acaba de nuevo en la sangrienta playa, intenta salvar a la chica de su destino y lo único que consigue es llevarse un balazo en el pecho.

Rebobinamos. La tercera vez, el héroe lo hace un poco mejor, aunque tampoco llega muy lejos. Ni la cuarta, ni la quinta, ni la sexta… pero el bucle sigue y sigue y al cabo de los mil intentos, el tipo cobarde e inexperto del principio de la historia se ha transformado en un superhombre, capaz de realizar auténticas proezas, cuya técnica ha adquirido a base de palmarla cada vez que se equivoca y verse condenado, como Sísifo a empujar su piedra, montaña arriba, una y otra vez.

Déjà vu, déjà vu. Hasta que de repente caigo en la cuenta. Recuerdo las horas muertas frente a los videojuegos de la adolescencia, la forma en que uno aprendía los trucos para pasar de nivel, tres pasos a la izquierda, dos a la derecha, agáchate para evitar la bomba, voltereta lateral para esquivar la ráfaga que nos disparan al final del pasillo, apuñala al enemigo que te ataca por la espalda (no vale la pena girarse a mirar, ataca siempre en el mismo sitio, justo al final de la cuarta escalera del segundo salón) párate y cuenta tres antes de salir del refugio si no quieres que te sorprenda Terminator… uno aprendía los trucos a base de paciencia y repetición. La clave del superhombre no era poder especial alguno, sino, precisamente, la maldición de Sísifo. Si en lugar de una sola vida contáramos con millones de ellas, si recordáramos todos y cada uno de nuestros errores, podríamos tratar de corregirlos en el siguiente intento. ¿O no?

De hecho, esa es la clave de la historia, más allá de la estupenda aventura y los magníficos efectos especiales. ¿Y si uno pudiera repetir? ¿Dónde se escondería César aquella mañana de marzo? ¿Se darían cita todavía Francesca de Rímini Y Paolo Malatesta, demasiado enfermos de amor para remediar su desdicha? ¿Qué haría Héctor si tuviera que enfrentarse otra vez a Aquiles? ¿Se acobardaría tras los muros de Troya, sabiendo que el Pélida va a vencerlo, o por el contrario se atrevería de nuevo a plantarle cara? Y después de morir mil veces frente a la muralla… ¿No habría aprendido lo bastante como para derrotarle?

Pero volviendo Al filo del mañana, la razón por la que el héroe regresa al mismo punto cada vez que muere es la existencia de un bucle temporal, cortesía de los aliens. La física de cómo se crea el bucle y la motivación de los malvados pulpos invasores para crearlo es bastante discutible, pero démoslo por hecho y entretengámonos un instante con la paradoja.

Una escena de Al filo del mañana. Imagen: Warner Bros. / Village Roadshow / 3 Arts Entertainment.

Para empezar, el bucle temporal está mejor construido que en otras versiones de la misma idea, ya que está muy bien definido cuándo se cierra (cuando muere el héroe). Así, en cada versión de la historia suceden cosas ligeramente diferentes y a medida que nuestro Sísifo se va volviendo más hábil, inteligente y valeroso, la extensión de su aventura aumenta y se van añadiendo novedades. Si lo pensamos bien, estamos asistiendo a un universo en el que el tiempo también avanza, pero en el que cada instante se ramifica en infinitas posibilidades que el condenado recorre una y otra vez. Instante uno, se lanza a la playa (cae mal). Instante uno (versión dos), se lanza a la playa, cae bien. Instante dos (versión uno), una bala perdida mata a su amigo. Versión dos, salva al amigo pero el intento le cuesta la piel. Versión tres salva al amigo, pero los matan a ambos un segundo más tarde. Versión cuatro, deja morir al otro y sigue adelante. Instante tres, corre hacia la trinchera (aquí se suceden otras mil versiones, cada una de las cuales se ramifica en otras mil). Encuentra a la chica, se asocian, intentan salvar a la humanidad y en la aventura la ve morir miles, millones de veces. Al final la ama con una pasión que supera en mucho a la de Orfeo, a fin de cuentas ha perdido a su Eurídice muchas más veces y en todas ellas ha querido rescatarla en vano del Hades. Todas las posibilidades se dan en cada segundo, casi todas trágicas. Y siempre, cuando llega el inevitable final, rebobinamos. El videojuego empieza de nuevo.

Hace un siglo, los padres de la mecánica cuántica se devanaban los sesos tratando de entender la más profunda de las paradojas de la nueva física. En su versión más popular, esa paradoja se concreta en el destino del gato de Schrödinger. Un desafortunado felino es encerrado en una caja, en cuyo interior, un elemento radioactivo, al desintegrarse, dispara un veneno capaz de matarle. Abandonamos al animal a su suerte y, en la habitación contigua, especulamos sobre su destino. En el siguiente minuto, digamos, existe una probabilidad entre tres, de que se dé esa desintegración. Si se produce, el gato muere. En otro caso, el gato vive. Pero la probabilidad del 30 %, que tiene un sentido fácil de explicar si realizamos el experimento cien veces (en ese caso treinta de los mininos acabarían patitiesos) es más difícil de interpretar cuando se trata de un solo experimento. La función de onda cuántica que describe el estado del elemento radioactivo no se «colapsa» en una estado concreto hasta que se realiza la medida. De ahí que, según la interpretación canónica de la mecánica cuántica, mientras dura el experimento, el gato se encuentra en un curioso «estado mezcla» 30 % muerto y 70 % vivo. Ese estado mezcla solo se resuelve, en oros o bastos, cuando abrimos la caja.

Esa es la llamada interpretación de Copenhague, que por cierto, nunca me entusiasmó. Mucho más atractiva es la hipótesis de Everett, también llamada teoría de los muchos mundos, según la cual, cada posible estado de la función de onda da pie a un universo diferente. Así, cada instante temporal se ramifica en infinitos cosmos. En uno de ellos no es Cristo, sino Judas quien muere en la cruz. En otro los troyanos escuchan a Casandra y queman el caballo de la infamia con todos los aqueos dentro. En un tercero Hitler gana la gran guerra y en otro Ettore Majorana no salta de su barco, aquella noche, camino de Palermo.

Pero en otros, la Tierra no está habitada por hombres, sino por ángeles, o centauros. O no existe la Tierra. En millones de universos el sol explota antes de que el sistema solar pueda formarse. En otros nunca se encienden las estrellas. Las combinaciones son inagotables y las tragedias innumerables. Casi ninguna historia, se sabe, termina bien.

Everett, entonces, nos proporciona un hilo director mucho más rico para entender nuestra historia. El héroe recorre, trabajosamente, cada uno de los posibles mundos en los que se ramifica la función de onda a cada instante. Y en cada paso sufre y muere. La siguiente vez llega algo más lejos, sufre aún más, muere de nuevo. Pero al final del camino, es más valiente, más sabio, más humano.

Sísifo es un héroe clásico y los griegos no se podían quitar el destino de encima. Nunca dejó de empujar la piedra y de verla rodar, impotente, montaña abajo. En cambio, el protagonista de Al filo del mañana, es un héroe moderno, que no se limita a sudar y sufrir, intenta cambiar las cosas una y otra vez. Si los aliens ostentan el poder de los dioses, entonces, sostiene, los dioses tienen que morir para que seamos libres.

No contaré si lo consigue o no, so pena de ser acusado de spoiler, pero sí diré que, vencedor o vencido, este héroe moderno que se revela contra la tiranía de Omega goza de todas mis simpatías. Tiene a su favor, cierto, el recuerdo de los errores pasados, pero quizás, dentro de lo que cabe, todos nos hemos equivocado y a todos, alguna vez se nos ha dado la oportunidad de empezar de nuevo. La lección aquí está clara. Hay un universo posible mejor que este y puede construirse entre todos.

Quizás la historia de la conciencia es similar a la que nos cuenta esta estupenda película, con una ligera diferencia. Imaginen que cada uno de nosotros somos héroes en nuestra particular Odisea. En cada instante suceden cosas que pueden matarnos y cuando eso ocurre el bucle temporal se cierra y regresamos al instante de nuestro nacimiento. En una vida, nuestro primer amor nos traiciona y nuestro yo adolescente muere de un exceso de anfetaminas. En la siguiente lo superamos, apretando los dientes y estudiando para el examen de Álgebra, pero nos atropella un coche camino de la facultad. Un millón de vidas más tarde se cae el avión en que viajamos camino de una conferencia, cien millones de vidas después se nos lleva por delante un tumor a deshora… pero quizás, a medida que el bucle gira y gira, encontramos a la mujer o el hombre de nuestra vida, alguien descubre un antídoto para la vejez y una cura contra el cáncer y seguimos adelante, viviendo y olvidando, olvidando y viviendo.

Quiero creer que cada uno de esos intentos nos hace mejores. Quizás, en algún momento, alcanzamos la perfección. Y con ella llega el nirvana y la memoria total, el recuerdo de todas las vidas, la punzada última que nos traspasa el corazón evocando cada uno de nuestros amores, y las infinitas versiones de nuestros padres y nuestros hijos, nuestros triunfos y fracasos, nuestros cielos e infiernos. Todo explota en una sola chispa de luz con la que se nos concede la redención última, la última absolución. Después, por fin, el olvido.

Una escena de Al filo del mañana. Imagen: Warner Bros. / Village Roadshow / 3 Arts Entertainment.


El espía que surgió del frío

Quien no haya leído esa obra maestra de John Le Carré, todavía está a tiempo de descubrir una de las mejores novelas de espías de la historia, un clásico que, en cierto modo define el género, con sus agentes dobles y sus dobles tramas que nos arrastran, inexorablemente, a un trágico final.

Pero —se preguntará el avispado lector—, ¿qué pintan Le Carré y sus espías en Faster than light? No era este un blog en el que se hablaba de ciencia en general y neutrinos en particular?

Así es. Pero el lenguaje tiene esas cosas. El diccionario nos da esta definición de espía:

Persona que observa o escucha lo que pasa […] para comunicarlo al que tiene interés en saberlo.

A lo que añade la de espía doble:

Persona que sirve a la vez a partes que son contrarias, rivales o enemigas.

Repitiendo pues. Se trata de un agente que nos trae (disimulada, sutilmente) información de algo que está pasando ahí fuera, algo que estamos interesados en saber.

Qué es «ahí fuera» depende, por supuesto, de lo provincianos que queramos ser. La parroquia vecina, el pueblo de al lado, la finca más allá del lindero, la comarca donde hablan otra lengua romance, el país que se extiende al otro lado de los Pirineos, o del telón de acero o del océano… O bien, «ahí fuera» puede referirse a lo que ocurre allende nuestro planeta, nuestro sistema solar y, ¿por qué no?, nuestra galaxia, que no deja de ser, en la escala apropiada, un arrabal chiquitito que la luz puede recorrer de punta a punta en poco más de cien mil años, un paseo si lo comparamos con la distancia al barrio más cercano (la vecina Andrómeda, que se encuentra a un millón de años luz), apenas un instante cuando lo ponemos en la perspectiva cósmica. El universo tiene un tamaño de unos trece mil quinientos millones de años luz. «Ahí fuera» es un sitio muy grande.

Y ahí fuera pasan cosas interesantes, de las que querríamos saber. Hay estrellas que se incendian, convirtiéndose en supernovas. Hay agujeros negros que están devorando su propia galaxia, con la misma voracidad con que Saturno devoraba a sus hijos. Hay nebulosas que se están cruzando en su deriva cósmica, enfrentando entre sí ejércitos de estrellas. Hay objetos misteriosos que envían pulsos monstruosos de rayos gamma que podrían aniquilarnos, de no ser por lo lejos que están… Sin embargo, no es fácil dar cuenta de todos esos fenómenos. Incluso la luz, el mensajero universal, es absorbida en el polvo que permea, tenuemente, el espacio intergaláctico, por no hablar de partículas cargadas como protones o electrones, zarandeados sin piedad por los campos magnéticos que se extienden por el cosmos.

Y sin embargo, hay un espía que puede mantenernos informados. La práctica totalidad de los fenómenos violentos a los que me he referido (supernovas, fuentes de rayos gamma, agujeros negros caníbales, a los que solemos llamar, con gran corrección política «núcleos activos de galaxias», o AGNs de sus siglas en inglés) vienen acompañados de emisión de neutrinos. O para ser más precisos, los modelos físicos que los describen nos predicen que así es. No teníamos la certeza experimental, de que, realmente, existiera esa quinta columna propagándose por las galaxias, informándonos de las catástrofes que allí acontecen.

No la teníamos hasta hace un año. En noviembre del 2013, la colaboración científica IceCube, dirigida por Francis Halzen, publica un histórico artículo en Science describiendo la observación de veintiocho sucesos, identificados como neutrinos de muy alta energía, cuyo origen, a todas luces, es astrofísico. Es decir, esos neutrinos no se producen ni en el sol, ni en las capas altas de la atmósfera (un fenómeno corriente, el de la lluvia de neutrinos, originada por las colisiones de rayos cósmicos de alta energía contra los átomos de aire que nos permiten respirar y nos protegen). Su origen es, o bien galáctico (supernovas) o bien extragaláctico (AGNs, y emisores de rayos gamma). Estos espías llevan consigo información que los científicos estudian para comprender mejor su origen y los mecanismos que los producen.

¿De dónde vienen? Del frío, naturalmente. No solo en el sentido literal, tras atravesar un millón de años luz de espacio vacío, donde la temperatura se aproxima al cero absoluto, sino también en el sentido de que son detectados en la Antártida, donde se encuentra el gigantesco detector IceCube (ver «Paisaje con neutrinos»), enterrado a dos kilómetros de profundidad, bajo el hielo.

Para comprender las proporciones gigantes de IceCube, basta con caer en la cuenta que el tamaño físico del chorro de partículas creado en el hielo por la interacción de estos monstruosos neutrinos extraterrestres es tan grande como el centro de una gran ciudad (el suceso que se incluye en la figura ocuparía todo el parque del Retiro y como puede verse en la figura se extiende por buena parte de la ciudad de Madison, ver también). Este chorro o cascada de partículas secundarias es tan grande debido a que la energía original del neutrino es fabulosa, nada menos que mil billones de electrón-voltio, o 1000 TeV. (Tera electrón-voltio, donde el símbolo Tera indica 1012 o billón). Por comparación, la energía de los haces de protones que giran en el LHC ha llegado, en su pico máximo a 4 TeV.

Es decir: el LHC cósmico que acelera estos neutrinos, lo hace hasta energías que pueden llegar a ser trescientas veces mayores que las que consiguen los sofisticados imanes superconductores del más poderoso acelerador que los humanos han construido. Pero los neutrinos en sí mismos no pueden acelerarse, ya que no tienen carga eléctrica. Ese acelerador cósmico de «ahí fuera», está lanzándonos chorros de partículas cargadas llamadas piones que al desintegrarse producen neutrinos. Pero a su vez, los piones se forman como producto secundario de alguna monstruosa interacción de otras partículas, probablemente fotones o protones.

¿Cuáles son los procesos exactos, cómo se producen esas catástrofes cósmicas? No lo sabemos exactamente, pero quizás Bert y Ernie (el nombre con el que se ha bautizado a los dos neutrinos más energéticos descubiertos por IceCube) y el resto de los neutrinos que surgieron del frío nos lo dirán algún día.

No hay novela de espías que no incluya un agente doble y ciertamente, la obra maestra de Le Carré no es excepción. También en esta pequeña fábula, el neutrino opera como tal, aunque el escenario sea un poco diferente al que hemos relatado. Ya lo he esbozado antes en este blog, pero vale la pena recordarlo de nuevo.

Se trata del universo primitivo, justo después del big bang (hace pues unos trece mil quinientos millones de años). Los protagonistas son dos ejércitos, el de la materia y el de la antimateria, enzarzados en una guerra sin cuartel cuyo único resultado previsible parece ser el de la destrucción mutua. La perspectiva no puede ser más sombría para el universo. Si nadie interviene, tras la batalla no quedará otra cosa que cuantos de luz, divina, sin duda, pero estéril. El cielo donde Dante situó a su Beatriz, no tendría sentido sin un infierno hecho de barro y materia, sobre el que elevarse.

Pero en esta contienda interviene un agente doble. Como Alec Leamas, el neutrino tiene la habilidad para cambiarse de bando, vistiendo, según le convenga, el chaquetón de la materia o el de la antimateria. Y como Leamas, el neutrino no es del todo imparcial. En sus desintegraciones, favorece algo más a la materia que a la antimateria, inyectando un ligero exceso de esta en el cosmos y por tanto permitiendo la existencia de una bandada de supervivientes que formarán, cuando termine la debacle, el universo que conocemos.

Un neutrino que puede ser a la vez materia y antimateria, es una partícula de Majorana y el objetivo del experimento NEXT es demostrar que tan extraña vocación es posible. Para ello se requiere otra vocación no menos extraña, la de físico experimental, tipos capaces de dedicar su vida a buscar, no ya una aguja en un pajar (eso sería fácil) sino un grano de arena en una playa, más o menos, la proporción que hay entre la señal que ansiamos detectar y el ruido de fondo que trata de enmascararla.

No hay historia de espías que tenga final feliz. Va en contra de la esencia misma del género. Alec Leamas cae acribillado junto al muro de Berlín, incapaz de seguir viviendo sin Liz. Bert y Ernie explotan contra el hielo de la Antártida. Pero quizás, como dijo el poeta, un final feliz no es necesario. Piense el lector que todos nosotros no somos, si se piensa bien, sino retazos del alma originaria de ese agente doble que al desintegrarse (al dejar de ser) hace posible el universo.

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Credit: Felipe Pedreros. IceCube/NSF

 


La paradoja de los gemelos

En uno de sus relatos, Jorge Luis Borges mantiene una larga conversación con su yo de muchas décadas atrás. No recuerdo bien de qué hablan el Borges viejo y el joven, supongo que de los temas habituales que tanto interesaban al gran escritor (libros de arena, jardines de senderos que se bifurcan, la lotería de Babilonia, el Aleph). Por otra parte, podemos preguntarnos si la física permite, aunque sea en teoría, una situación así.

La respuesta es: casi. Supongamos que en lugar de un Borges tenemos dos, Jorge y Luis, gemelos vitelinos y por tanto genéticamente idénticos. Cuando ambos tienen, digamos, diecinueve años, enviamos a Jorge en una misión a bordo de la Enterprise, que se mueve, cómo no, a una velocidad cercana a la de la luz. El viaje dura treinta y cuatro años en el sistema de referencia de la Tierra, lo que permite a Jorge darse una vuelta por la vecindad del sistema solar (el viaje de ida dura diecisiete años, a la velocidad de la luz, apenas le da tiempo a salir del barrio y visitar las estrellas más cercanas). Cuando regresa, nuestro héroe todavía no ha cumplido los veinte ya que la dilatación relativista a bordo de su nave es tan pronunciada que para él solo han transcurrido unas pocas semanas.

Luis se ha quedado en la Tierra donde han transcurrido tres décadas y media. Así que Jorge Borges todavía es un muchacho de diecinueve años, con la cabeza llena de pájaros y de planes, apasionado, vital, inseguro, inmaduro, con toda la vida por delante. En cambio, Luis Borges ha cumplido los cincuenta y tres. No se considera viejo, pero tampoco es ya un chaval. No le ha ido mal en la vida, ha conseguido estudiar una carrera, establecerse, formar una familia, ha tenido sus hijos y escrito sus libros, no se queja ni del amor ni de la fortuna. De todo eso le quiere hablar a su hermano, mientras se apresura a acudir al lugar en que se han dado cita.

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Porque, la verdad, Luis está preocupado. La carta que Jorge le ha mandado nada más bajar de su nave es inquietante. Su hermano le confiesa en ella que, en realidad, no quiere ser oficial de la Enterprise; durante las semanas que ha durado la expedición a la esquina del barrio galáctico (en su sistema de referencia), Jorge no ha parado de pensar, de angustiarse, de sufrir. Quiere darle un giro a su vida y no sabe cómo.

En este punto, es necesario ofrecer al lector un poco de contexto. Jorge y Luis viven —era de esperar— en un futuro lejano y, por supuesto, distópico. El país en el que habitan es una democracia de pacotilla, manejada por una élite de mediocres, cuyos objetivos, nada disimulados, son, por este orden: a) perpetuar sus prebendas y b) velar por los intereses de sus amos. Nada nos cuesta exagerar un poco, ya que de ficción se trata. Por ejemplo, podemos imaginarnos que en el país de los Borges se indulta a banqueros corruptos o se libera a locos, violadores y terroristas por errores judiciales, pero se aprueban leyes para meter en la cárcel a quien se atreva a afearle su conducta a un prohombre. Si nos atrevemos, podríamos ilustrar el punto imaginando el caso de unos chicos condenados a dos años de chirona por arrojar confitura a la cara de un prócer corrupto (que por supuesto continúa en su cargo). Pero tampoco hay que exagerar, una cosa es la ciencia ficción y otra las fantasías alocadas. Porque un país así no puede existir ni en una pesadilla, ¿verdad?

El caso es que, en esa sociedad distópica, los hermanos Jorge y Luis no tienen muchas oportunidades. Imaginemos la situación de su familia (típica). Un padre en paro intermitente, una madre que trabaja en casa, deudas que vienen de los años de la falsa prosperidad (todas las familias están entrampadas hasta las cejas, pero a cambio los bancos, rescatados por los gobernantes, gozan de estupenda salud). El Gobierno sube cada año los impuestos y baja los servicios. Privatiza todo lo que da dinero (esto es, vende escuelas y hospitales a sus amigos, el resto ya se vendió hace tiempo) e interviene cuando hay que arreglar alguna pifia (por ejemplo, compra los hospitales privados en bancarrota, los reflota con dinero público y los vende de nuevo). Cuando la gente se queja, los políticos y sus charlatanes a sueldo, contestan: «Hemos vivido por encima de nuestras posibilidades».

Los hermanos Borges quieren estudiar Física. Han leído a Einstein, a Heisenberg, a Majorana, a Fermi. Se han empapado de la belleza de la teoría de la relatividad, le han rezado a la ecuación de Dirac (después de todo está inscrita en una catedral), se han asombrado con la profundidad y sencillez de las leyes de la naturaleza. Quieren dedicarse en cuerpo y alma a la ciencia, esa extraña vocación tan parecida a la del artista o el asceta. Jorge quiere investigar la materia oscura y Luis quiere saber si el neutrino es su propia antipartícula.

Los hermanos Borges quieren estudiar física pero no pueden, porque su familia carece de recursos, en el país no hay becas y no tienen dinero para pagarse la universidad. No pueden porque alguien ha vivido por encima de sus posibilidades, aunque ellos no acaban de entender quién, ya que en su familia, como en tantas otras del país, la gente no ha hecho otra cosa que deslomarse a trabajar. Pero el caso es que no pueden. Así que deciden ingresar en la Academia de Exploradores Galácticos. O para ser exactos, la decisión la toman entre todos los que les rodean. Padres, profesores y vecinos opinan que hay que labrarse un futuro y optar por la seguridad, que no está el horno para bollos, que hay que pensar en el día de mañana. Todo eso de la ciencia suena a bohemio, a inseguro, a inútil. Que inventen los americanos y los alemanes, ellos que pueden, para eso son ricos. Los chicos tienen que ser prácticos y no hay nadie, se sabe, menos práctico que un físico (sobre todo si es un físico de neutrinos).

Así que Jorge y Luis ingresan en la Academia. Pero apenas llevan unas semanas de vida militar, el almirante Kirk pide voluntarios para la misión de la Enterprise. Jorge se presenta, Luis se queda. Jorge viaja a las estrellas cercanas, y el viaje dura solo unas semanas para él, pero media vida para su hermano.

Y ahora Luis quiere contarle a su Jorge que, apenas se encontró solo, decidió abandonar la Academia y estudiar Física, como ambos deseaban. Quiere explicarle exactamente cómo lo hizo para que su hermano tenga un modelo y pueda imitarle, porque sabe que Jorge está tan angustiado como estaba él treinta y cuatro años atrás.

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Pero el universo de Jorge y de Luis Borges, no solo es relativista, también es cuántico. Y en el jardín de un universo cuántico, los senderos se bifurcan constantemente. Así, mientras Jorge viajaba, la vida de Luis ha discurrido por innumerables vericuetos.

En una de sus vidas, Luis deja la Academia, encuentra un trabajo de verano, ahorra un poco de dinero para la matrícula, estudia toda la carrera, pagándosela con trabajos temporales. En otra, consigue una beca, después de recorrer todas las oficinas del país. En una tercera, emigra. En realidad, emigra en muchas de esas vidas alternativas, a Francia, Inglaterra, Alemania, Israel, USA, países donde la cultura del esfuerzo le permite abrirse paso.

Hay otras vidas, otras posibilidades. Algunos de los senderos le llevan a recibirse de oficial y solo entonces pide una excedencia, cursa un máster y luego un doctorado. Otros son aún más tortuosos. En algunos, hay que reconocerlo, no consigue sus sueños, pero son los menos. En ese futuro remoto y distópico de nuestra historia, se ha descubierto que la función de onda cuántica que maneja nuestras vidas, puede ser moldeada por la voluntad y el tesón humanos.

Incluso en un universo relativista y cuántico y en un país pobre y desalentado, la voluntad de superación, las ganas y el coraje, operan milagros. En Luis, la función de onda que ha colapsado en sus cincuenta y tres años es afortunada. Por eso ansía hablar con Jorge de física. Quiere decirle que el universo podría haber sido un lugar vacío y desprovisto de vida, pero el neutrino resultó ser su propia antipartícula y, después de la crisis —¡y qué crisis! Casi toda la materia se aniquiló con la antimateria, ejércitos innumerables de ángeles y demonios devorándose mutuamente para entretenimiento de la ociosa divinidad— aparecieron estrellas y planetas, unicornios y azucenas, océanos y muchachas en flor.

Quiere decirle que, incluso en la inimaginable distopía en la que habitan, hay lugar para la esperanza.


La verdad sobre Helena Leguin

La colaboración ATLAS o la ciencia colectiva (CC).
La colaboración ATLAS o la ciencia colectiva (CC).

El mundo de los físicos de partículas —se sabe— es una provincia tan diminuta como la Comarca. De ahí que, cuando a uno de los hobbits que la habitamos se le ocurre la peregrina idea de escribir una novela, al resto de la familia le falta tiempo para rebuscar entre sus páginas, queriendo identificar a cada uno de los personajes de ficción que allí aparecen con su correspondiente modelo de carne y hueso. Inútil repetir a colegas y amigos que «todo parecido con la realidad, etcétera». Ellos se empeñan, obstinadamente, en reconocerse o imaginarse en cada héroe y en cada villano de la historia.

Cuando publiqué Materia extraña (Espasa), hubo un considerable revuelo en los varios patios de vecinas en los que se cita mi comunidad (la cafetería del CERN, entre ellos) poniéndole nombres y apellidos a la gente que habitaba el mundo de Irene de Ávila y Héctor Espinosa. Uno de los más perseguidos era la imaginaria directora del CERN, Helena Leguin.

Helena no era, originalmente, más que un panfleto, concebido para denunciar un hecho tan obvio e irredento como que no ha habido jamás una directora general en el CERN y no parece que vaya a haberla en el futuro inmediato. Físicas de primera categoría no han faltado en Europa durante el más de medio siglo de vida de la organización, pero el techo de cristal, del que hablamos en las Conversaciones en el Santa Cristina se ha ocupado de que ninguna de ellas ocupe puestos directivos de importancia. En el CERN, son los hombres los que toman casi todas las decisiones, los que se ponen casi todos los sombreros, los que cortan casi todo el bacalao, con alguna excepción, que no hace otra cosa que confirmar la regla.

No solo no ha habido nunca una directora general. Tampoco las divisiones teóricas o experimentales han estado nunca bajo el mando, que yo recuerde, de una mujer. En la infancia del laboratorio, allá por los felices sesenta y setenta, la división de sexos era prístina. Ellos los físicos, ellas las secretarias. Cómo no, los matrimonios eran frecuentes y el rol de los cónyuges bien definido. Él se entregaba a la ciencia, ella al hogar y a los hijos. De esa organización social se derivan curiosos fósiles, como el hecho de que el CERN no pague la guardería (para eso estaban las esposas), pero sí el colegio y la universidad de los hijos de sus funcionarios.

Cuando, ya en los noventa, el número de científicas del CERN empezó a crecer en cantidades apreciables, la estructura machista del laboratorio fue denunciada más de una vez, y, como famosamente anunciara Tancredi a don Fabrizio en El gatopardo, todo se cambió para que nada cambiara. Si acaso, el machismo imperante se adaptó al signo de los tiempos y el preboste sesentón con BMW descapotable recién estrenado (placas diplomáticas, claro), sustituyó a su ya ajada esposa (aquella bella secretaria de antaño) por la última becaria de algún departamento técnico como el de informática, que en los últimos tiempos ha dado mucho de sí en el ámbito social. El CERN, por cierto, no es el único instituto científico donde uno se encuentra padres, hijos, nueras, yernos y si me apuras nietos de Camborios. En España (y en el CSIC) también sabemos mucho de eso.

Pero volviendo a Helena, lo cierto es que mi borrón inicial no tardó en tomar vida propia. Confesaré aquí que siempre estuve un poco enamorado de ella. O para ser más exactos, me enamoré mientras inventaba a esa dama madura y discreta, cuyas bonitas piernas —siempre cuidadosamente enfundadas en seda— me quitaban a menudo el sueño. Como todo golem, mi criatura no tardó en rebelarse. Me había empeñado en crear una cincuentona irresistible, en parte por hartazgo con el extendido hábito social al que no es en absoluto ajena la literatura (y menos el cine) que pretende que toda mujer por encima del medio siglo, o es madre y esposa o no existe. Aunque el tópico está cambiando un poco, incluso en Hollywood. Ahí están las estupendas Michelle, Sharon y Sandra. Helena es de esas, pero es también (y sobre todo) una mujer solitaria, que gusta de plasmar esa soledad en haikus garabateados en un librito de papel de arroz que alguien —perdido, lejano— le regaló un día. Y es que a Helena le van los amores prohibidos, aunque no se queja cuando le cuestan un descalabro.

Cuanto más la conocía, más me gustaba. Valiente, belicosa, inteligente hasta doler, apasionada, imagina el interior de su cabeza como una fábrica en producción continua, una fábrica manejada por el poderoso departamento de autocontrol, que consigue mantenerla serena cuando el mundo está a punto de hundirse. Adora la ciencia a la que ha dedicado toda su vida, tanto como reverencia los objetos bellos e íntimos. Una pluma, un mechero. Imposible no amarla.

Y sin embargo, siempre mantuve que Helena no estaba inspirada en ninguna de las científicas que he conocido a lo largo de mi carrera, sostuve que no era sino una entelequia. No fueron pocas las encerronas que sorteé, los interrogatorios que no consiguieron doblegarme. Nunca dije un nombre.

Hoy confesaré que Helena no se inspiraba en una mujer, sino en dos, a las que acabamos de entrevistar en este magacín.

Fabiola o Helena y el Higgs…
Fabiola o Helena y el Higgs…

A la primera la conozco desde que éramos los dos casi unos críos. Escribimos nuestro primer artículo científico cuando apenas había acabado ella la carrera y yo era un postdoc desesperado allá en California, que corría de madrugada por las colinas de Stanford y no dormía por las noches porque la vida era corta y la física inmensa como el océano Pacífico. De eso hace, exactamente, media vida. A lo largo de las últimas dos décadas y media hemos colaborado en otros muchos artículos y proyectos, los últimos relacionados con el experimento NEXT. Siempre hemos firmado nuestros trabajos usando los dos nombres y apellidos, Juan José Gómez-Cadenas y María Concepción González-García (los dos aprendimos a poner un guioncito entre el primer apellido y el segundo para que no nos lo cercenaran). Y los gringos, que en nuestras mocedades aún no estaban acostumbrados a nombres hidalgos, no sabían si éramos dos o cuatro los firmantes, si Gómez-Cadenas era el maromo (bloke) y González-García la chorba (bird) o viceversa. Si éramos hermanos, primos, matrimonio o amantes. A día de hoy, muchos de nuestros colegas todavía no se aclaran.

A Ari la conocí cuando trabajaba en el CERN para mi tesis doctoral, a finales de los ochenta. Cierto es que no estoy muy seguro de que, por la época, ella reparara en mi existencia. Yo era un humilde estudiante graduado que formaba parte de un equipo de italianos (inmersión total, idioma incluido, espagueti Napoli a altas horas de la madrugada en casa de Antonio Ereditato, que años más tarde creería haber descubierto que los neutrinos viajaban más rápido que la luz, guardias interminables, durante el turno de noche, en el haz de test donde medíamos, uno a uno, los mil cristales de calorímetro electromagnético de Delphi). Ella era una divinidad de fiera cabellera rubia, a cuyo alrededor pululaba un ejército de admiradores. Cinco años más tarde, de vuelta al CERN, después de pasar por el acelerador lineal de Stanford y con mis galones de flamante científico de plantilla recién estrenado, conseguí que me detectara su radar. Ari y yo también firmamos juntos muchos artículos, pero las condiciones de contorno eran diferentes de los que firmé con Concha. Los primeros eran trabajos de naturaleza teórica, donde los únicos autores solíamos ser ella y yo. En cambio, los que compartí con Ari, también los firmaban los trescientos y pico colaboradores con que contaba el experimento DELPHI, del que los dos formábamos parte.

Extraño fenómeno este de la ciencia como empresa no solo colectiva (siempre o casi siempre lo es), sino masiva hasta el punto del anonimato. Un gran experimento, como los que operamos en la década de los noventa en el CERN (había cuatro de ellos, de los que he hablado en este blog, ALEPH, DELPHI, OPAL y L3, analizando las colisiones entre electrones y positrones que se producían en el gran acelerador llamado LEP) o los que funcionan ahora (ATLAS, CMS y LHCb) en el LHC, requieren el esfuerzo de grandes equipos de físicos e ingenieros. Esa labor de campo la aprendí con Ariella, precisamente, que por la época era la coordinadora técnica de DELPHI. Recuerdo lo que me asombraba la profunda comprensión que tenía de los subsistemas de nuestro gran aparato, cómo funcionaba cada uno de ellos, cómo se armonizaban entre sí. La mía era una visión mucho más parcial y sesgada. A mí me interesaba el aparato como instrumento de medida. A ella, como instrumento en sí mismo, en el mismo sentido que un violinista se interesa por su violín.

Violines, los de la física de partículas, que requerían cientos de físicos para construirlos y operarlos durante los diez años que trabajé en el CERN y que ahora exigen miles de ellos. LEP produjo exquisitos resultados científicos pero ningún descubrimiento de primera magnitud, para eso hubo que aguardar hasta anteayer, como aquel que dice. El descubrimiento del bosón de Higgs, realizado por los experimentos del LHC, encuentra la pieza que le faltaba al Modelo Estándar. Los correspondientes artículos están firmados por más de tres mil nombres, toda una ciudad de científicos arrimando el hombro. ¿Quién el bosón descubrió? ¡Fuenteovejuna, señor! El Premio Nobel ha ido a parar a Peter Higgs y François Englert, los teóricos que postularon la idea, hace cinco décadas. Yo habría preferido que el Nobel se lo llevara Fabiola Gianotti, la directora del experimento ATLAS durante la fase inicial de toma de datos, la única mujer, hasta el momento, que ha ocupado un top hat en el CERN (Helena, dicho sea de paso, también tiene mucho de Fabiola incluyendo la admiración que siento por ambas).

Un mundo de hombres, organizado como un ejército, o más bien como una milicia, con sus generales y sus guerras (bastante incruentas, eso sí) y sus objetivos militares, como la conquista del Higgs, que a veces extienden la contienda durante medio siglo. Un mundo de grandes ideas y abnegada entrega, pero también de ambiciones y miserias, en el que abundan los mediocres, los trepas, los gandules, los carteristas, los smooth operators, los jetas, los tontos de remate. Pero en el que tampoco falta coraje, nobleza y genio. A diferencia de Sodoma y Gomorra, en el CERN sobran justos para aplacar la ira de la divinidad cuando llegue el día del juicio, que, a no ser que se descubra alguna otra cosa que el ya muy exprimido bosón de Higgs, puede estar cercano para el laboratorio. Lo malo es que los nombres de esos justos que salvan cada día nuestra rama de la ciencia, son indistinguibles de los demás en las largas listas que no son ajenas, a la hora de repartir el crédito, a baremos y cuotas que poco tienen que ver con aquellas madrugadas en las que la inspiración nos sorprendía, tras una larga noche en blanco, trabajando.

En Materia extraña pretendía contar algo de todo eso. No sé si lo conseguí, pero sí sé que el intento produjo algunos personajes memorables, como esa directora que el CERN nunca ha tenido, que quizás nunca tendrá.

Y esta es la verdad sobre Helena Leguin y las mujeres que la inspiraron. Negaré por supuesto cualquier acusación de haber bebido los vientos por ellas, aunque sí admitiré que he visto a legiones de físicos perdiendo el resuello cuando cierto abanico se desplegaba como las alas de un ángel y he contado centenares de corazones desgarrados por el cortante filo de unos ojos azules, allá cuando mi todavía no tan remota juventud.

Fabiola Gianotti. Foto: Claudio Pasqua.
Fabiola Gianotti. Foto: Claudio Pasqua.


Paisaje sin neutrinos (III), decíamos ayer…

Más de una vez me he imaginado a esos dos grandes de mi juventud, Luis de León y Miguel de Unamuno, dirigiéndose a sus alumnos, de vuelta a sus respectivas cátedras en la universidad de Salamanca, tras haber sido alejados de ellas a la fuerza. Los dos utilizan la misma frase: «decíamos ayer». Podrían haberlo hecho de otra manera. El sublime poeta, encarcelado por la inquisición, se sentiría sin duda tentado de quejarse desde su atril, de los sufrimientos y vejaciones padecidos a lo largo de los cuatro largos años que paso entre rejas pero prefirió callarse. Don Miguel tampoco se molestó en denostar al régimen de Primo de Rivera, que tan injustamente le había desterrado, apartándole de las aulas. Ambos escogieron consignar al olvido a verdugos y censores, enviándolos, con magistral elipsis, al abismo de la no existencia.

Pienso en ellos al retomar este blog, después de meses de silencio, de intenso trabajo, de preocupación que a veces rayaba la angustia, estos meses en los que NEXT, el experimento que dirijo, caminaba por la delgada línea roja que separa lo posible del podría haber sido. Se nos acababa la financiación a finales de año, la situación del país hacía impensable encontrar más recursos en las vacías arcas de la ciencia española y la única escapatoria al expediente de crisis era la posibilidad de un milagro europeo.

El veredicto lo esperaba a mediados de julio, y no era la primera vez que me veía en capilla, rezando a todas las divinidades en las que no creo para que Europa me concediera uno de sus proyectos avanzados Advanced Grants. La diferencia es que, en convocatorias anteriores, aún contaba con algunos recursos de CUP, un proyecto CONSOLIDER-Ingenio, que permitió poner en marcha la aventura de NEXT y ha sido nuestra sustento principal durante un lustro. Así que, cada año, cuando llegaba la carta en la que el director del programa AdG lamentaba comunicarme que otra vez será, chico, me decía a mí mismo: «aún puedo aguantar un poco más sin cerrar el negocio». Y aguantaba, como han hecho y siguen haciendo tantos otros españolitos de a pie. Este mes de julio, en cambio, era César o nada, la suerte o la muerte. Y fue la suerte. Cuando ya no me quedaba una nave por quemar.

NEXT son las siglas de  Neutrino Experiment with a Xenon TPC. Lo que pretendemos es demostrar que Ettore Majorana (ese joven de pelo negro y lacio, aspecto enfermizo y mirada triste, que dejamos acodado en un paquebote, camino de Palermo, mirando al mar en una noche de 1938) tenía razón cuando propuso la extraña posibilidad de que el neutrino fuera su propia antipartícula. Decíamos ayer (en el último post de este blog) que Fred Raines y Clyde Cowan habían demostrado la existencia del neutrino, allá por 1955, con un detector situado junto al reactor nuclear de Savannah River. En el interior del reactor se producen trillones de estas partículas, como consecuencia de las desintegraciones radioactivas de los productos de fisión, lo que hace posible detectarlos a pesar de que su probabilidad de reaccionar con la materia ordinaria es muy baja. No obstante, tanto va el cántaro a la fuente. En un trillón de fantasmas siempre hay algún infeliz que de repente se estrella contra las duras moléculas de lo real.

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Izquierda: el tritio es un elemento radioactivo (famosos por los escapes en Fukushima) que se desintegra beta, emitiendo neutrinos. Derecha: en la desintegración del beta, uno de los neutrones del núcleo radioactivo se transforma en un protón, emitiendo en el proceso un electrón y un antineutrino.

Ahora bien, en un reactor nuclear no se producen neutrinos, sino antineutrinos, la partícula de antimateria que refleja al neutrino en uno de los curiosos espejos de la naturaleza. La antimateria, tan famosa hoy en día (sobre todo gracias a los cómics de Marvel y las novelas de Dan Brown) surgió de la mente de P.A.M. Dirac, tan perfecta y completa como Atenea emanando de la cabeza de Zeus. El genial físico (lo contaré otro día) estudió las soluciones de su ecuación y se vio obligado a emitir su propio juicio de Paris. ¿Quién es más bella, mi ecuación o la naturaleza? No tuvo dudas. Si su ecuación predecía la existencia de soluciones de energía negativa, entonces a las deidades olímpicas no le quedaba otro remedio que darles sentido. Y declaró: «la antimateria existe». Unas décadas más tarde, los físicos de partículas se maravillaban observando los productos de las colisiones en sus grandes aceleradores. Por cada electrón, la naturaleza producía un positrón, idéntico a este pero con carga eléctrica positiva, una copia fiel de su hermano y a la vez su absoluta némesis. Cuando un electrón y un positrón se encuentran ambos desaparecen, produciendo energía pura. Donde antes había materia, solo queda luz. La consumación perfecta del amor, aniquilarse en un solo destello de pura felicidad.

Pero incluso un niño podría distinguir un electrón de un positrón, ya que sus cargas eléctricas son opuestas. Ahora bien, el neutrino no tiene carga eléctrica. ¿Cómo saber entonces quién es materia y quién antimateria?

La respuesta correcta es fijarse en quién los produce. Las desintegraciones beta producen antineutrinos (tal como midieron Fred & Raines). La captura beta inversa, en la que un isótopo radioactivo prefiere merendarse un electrón y transformarse en otro isótopo a emitirlo (como ocurre en la desintegración beta normal) produce neutrinos. A un nivel elemental, cuando un neutrón se desintegra en un protón, produce antineutrinos.

n \rightarrow p^+ + e^- + \hat\nu

Y cuando un protón absorbe un electrón para transformarse en un neutrón produce neutrinos:

p^{+}+e^{-}\rightarrow n+v

Eso es, definimos a la partícula o antipartícula por la reacción que la produce. ¿Pero qué tipo de propiedad hace a un neutrino diferente de un antineutrino? Ya hemos visto que el atributo que hace a un electrón diferente de un positrón es su carga eléctrica. ¡Pero los neutrinos no tienen carga! Si tampoco tuvieran masa, entonces podríamos encontrar una etiqueta para diferenciarlos, a saber. Si nos imaginamos las partículas elementales como pequeñas esferas que giran alrededor de un eje de simetría (la analogía obvia es la rotación de la Tierra) los antineutrinos serían destrógiros y los neutrinos levógiros. Es decir, en esta analogía clásica describimos un antineutrino como una esfera que gira en la dirección de las agujas del reloj y un neutrino como una esfera que gira en dirección contraria. Por otra parte, si el neutrino tiene masa, el carácter destrógiro (levógiro) de antineutrinos (neutrinos) es solo aproximado. La aproximación es muy buena ya que sabemos que la masa de los neutrinos es minúscula, pero le da a la naturaleza un pequeño margen de maniobra.

Ettore Majorana, nuestro trágico héroe, postuló hace ya más de ochenta años que de hecho neutrinos y antineutrinos no son diferentes. Dicho de otra manera, a diferencia de lo que ocurre en el caso de los electrones, lo que vemos como «neutrino» en la desintegración beta o como «antineutrino» en la beta inversa, son dos aspectos de la misma partícula. En una de sus versiones, la partícula se nos presenta como «casi levógira» y la llamamos neutrino. En otra como «casi destrógira», esto es, un antineutrino. Pero, llegado el caso, nuestro neutrino puede cambiar su sentido de giro (tanto más fácilmente, dicho sea de paso cuanto más masa tenga). Quién lo diría. Tan evanescente y diminuto y sin embargo sabe adaptarse a las circunstancias.

Imagino a algún lector dedicándome una comprensiva sonrisa y agitando reflexivamente la cabeza mientras piensa, «estos físicos…». ¿A quién de los sufridos pasajeros del paquebote España, haciendo aguas por la economía de mercado y a punto de partirse en las ínsulas Baratarias del nacional capitalismo, le importa un ardite si el neutrino es, o no, su propia antipartícula?

Considera, sin embargo, mon semblable, mon frère, que esta tormenta perfecta que nos azota no llega ni a suave brisa comparada con la que agitaba el universo primitivo. Hubo un momento, poco después del Big Bang, en el que el mundo era una sopa caliente de partículas y antipartículas. Electrones y positrones se disponían a liberar la madre de todas las batallas, dos ejércitos perfectamente equilibrados en los que el número y la furia de los Montescos compensaba matemáticamente la de los Capuletos. ¿Qué habría emergido de esa conflagración? Energía pura. Luz que no habría creado galaxias y planetas, volcanes y océanos, desiertos y azucenas, delfines y muchachas en flor.

Excepto que también en esa guerra había un caballo de Troya, un poco más ángel que demonio o quizás al contrario. Los neutrinos que postuló Majorana podrían haber existido en el universo primario, bestias capaces de desintegrarse tanto a electrones como a positrones, inyectando en la desprevenida noche del cosmos un ligero desequilibrio entre materia y antimateria. El universo actual no es otra cosa que los restos de aquella guerra.

Así que no es exagerado concluir que los neutrinos de Majorana podrían ser responsables de la existencia de todo el universo (incluyendo, me temo, la Bolsa y la telebasura). El propósito de NEXT es demostrar que Majorana tenía razón.

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Imágenes del prototipo NEXT-DEMO, instalado en el laboratorio del IFIC, en Valencia.

Pero para eso hay que construir el experimento, lo que requiere desarrollar una tecnología puntera, construir prototipos, equipar laboratorios y formar equipos humanos. En cinco años hemos conseguido todo eso. Pero este mes de julio, yo no era en absoluto diferente al gerente de una pyme, que ve como su empresa se arruina. De nada me servía que nuestro prototipo, NEXT-DEMO, fuera el aparato más avanzado del mundo de su tipo, ni la extraordinaria calidad del equipo de jóvenes ingenieros y doctores que hemos formado. Sin financiación, todo se iba al garete. ¿Y cómo pago a los chicos?, me preguntaba cada día. ¿Y qué hago si tenemos que cerrar el laboratorio? ¿Y cómo seguimos adelante?

Hay que decir que en España, el Santo Oficio nunca desapareció del todo. Los modernos inquisidores han cambiado sus métodos de tortura y disimulado sus mazmorras, pero siguen convencidos de que la hoguera es la mejor medicina para los herejes, incluyendo aquellos que se atreven a proponer ideas que ponen en entredicho su fe o sus habichuelas. Habría mucho que contar de esos inquisidores. Pero, ¿vale la pena?

Si Luis de León y Miguel de Unamuno pudieron obviarlos también yo puedo hacerlo ahora que me veo (ojalá dure) fuera del calabozo. No me resisto, eso sí, a copiar las líneas, quizá apócrifas, atribuidas al místico cuando abandonó su celda.

Aquí la envidia y mentira
me tuvieron encerrado.
¡Dichoso el humilde estado
del sabio que se retira
de aqueste mundo malvado
y, con pobre mesa y casa,
en el campo deleitoso,
con sólo Dios se compasa,
y a solas su vida pasa
ni envidiado ni envidioso

Quizá Ettore Majorana no saltó al mar aquella noche de 1938. Quizás en lugar de cometer suicidio decidió seguir los consejos de fray Luis y retirarse del mundo. Quizá encontró un refugio donde pasar a solas, o con la compañía de Dios, que viene a ser lo mismo, el resto de su vida, ni envidiado ni envidioso. Yo por mi parte, prefiero la trinchera. Y más ahora que tenemos munición europea en nuestras armas —nuestros instrumentos y nuestra devoción— cargadas de futuro.


Paisaje sin neutrinos (II), Fred & Clyde

¿Es de extrañar que Nature rechace el artículo de Enrico Fermi, cuando se diría que el brillante físico italiano se empeña en formalizar las matemáticas de una entelequia? Incluso el nombre, neutrino, tiene algo de chiste. En 1938, James Chadwick acaba de descubrir una partícula sin carga eléctrica, que tiene aproximadamente la misma masa que el protón y la ha llamado neutrón, así que Fermi tiene que contentarse con un diminutivo que, se diría, menosprecia a la infeliz criatura.

Pero no es solo el nombre. El neutrón no tiene carga eléctrica, pero siente la fuerza nuclear fuerte que le hace abrazar enérgicamente a sus parientes en el núcleo atómico. Neutrones y protones constituyen los ladrillos que forman la realidad y los físicos de la época ya intuyen que ambas partículas vienen a ser dos manifestaciones de la misma cosa. Hay más aún. Dentro de unos pocos años, estos neutrones recién descubiertos van a ser utilizados, por el mismísimo Fermi, para partir núcleos de uranio, abriendo la caja de Pandora de la fisión nuclear.

En cambio, ¿qué decir del neutrino? No tiene carga eléctrica, pero tampoco tiene, por lo que parece, una masa que pueda medirse y para colmo, no parece interesado en reaccionar con la materia que le rodea. Se emite en la desintegración beta, sí, y su supuesta presencia, permite explicar la distribución de energía de los electrones que escupen los núcleos radioactivos, pero a la vez escapa a toda medida, invisible, imposible de detectar. Es, a todos los efectos, un fantasma. Y los fantasmas, se sabe, no existen.

Un célebre astrofísico de la época, Sir Arthur Eddington, resume el punto de vista de muchos, quizás casi todos los científicos de finales de los años 30, en lo que se refiere a tan evanescentes criaturas:

Lo cierto es que no creo en los neutrinos. Incluso me atrevería a afirmar que los físicos experimentales no son lo suficientemente ingeniosos para detectar o producir neutrinos…

Eddington se equivoca, pero lo cierto es que, entre la noche de marzo de 1938 que nos ocupa (esa noche en la que Ettore Majorana mira al mar, acodado en la barandilla del paquebote que hace el trayecto entre Nápoles y Palermo) y la demostración de que el neutrino existe, en el mismo sentido que existen los electrones y los protones, han de pasar todavía 15 años. 15 años y una guerra.

Figura 1.11
Figura 1.1. Fred Reines y Clyde Cowan en el centro de control del experimento de Hanford(1953).

Dejemos un momento a Ettore, a solas con sus pensamientos y adelantémonos hasta 1953. La fotografía nos muestra a dos físicos trabajando en un diminuto zulo, rodeados de aparatos que recuerdan un poco la instrumentación de un submarino. La escena que captura la cámara en blanco y negro representa casi el Nirvana de la física. Clyde Cowan está ajustando uno de los aparatos, anda por los 35, aunque las pronunciadas entradas y el pelo, prematuramente cano, le hacen parecer algo mayor. Fred Reines toma notas en un cuaderno, aparenta ser más joven que su compañero, aunque de hecho tiene un año más que él. Ambos están concentrados en su trabajo, serenos, se diría que felices. Toda la angustia que invade el alma del joven Majorana, brilla por su ausencia en este instantánea que captura el momento mágico en el que el científico ejerce su ciencia.

Quizás esa paz de espíritu se deba a que estos hombres, a diferencia del italiano, han vivido una guerra, la gran guerra.

Clyde ha sido capitán en el ejército del aire, ha ganado una estrella de bronce y ha realizado sus estudios de física gracias a una beca del ejército. Con su tesis doctoral recién acabada, el destino le lleva al célebre laboratorio de Los Alamos, en Nuevo México, en 1949, el año en el que el proyecto Manhattan está a punto de culminar. Allí se encuentra a Fred, niño prodigio, estudiante favorito del genial Richard Feynman. Ambos trabajan en la bomba, el pecado original de la fisión nuclear descontrolada que, ya para siempre, pesará como una lacra en la humanidad.

Pero la guerra ha terminado así que físicos y zapateros vuelven a sus zapatos. Reines y Cowan quieren detectar neutrinos. Pero los neutrinos interaccionan tan poco que hacen falta cantidades astronómicas de ellos para cazar unos pocos. Lo primero que se les ocurre a Fred y Clyde es hacer el experimento cerca de una explosión nuclear. Es el signo de los tiempos. Estamos en la década de los 50, USA y la URRS explotan una bomba atómica, como aquel que dice todos los días, enseñando sus músculos de destrucción masiva al enemigo, en una confrontación barriobajera que no termina en desastre de puro milagro.

Afortunadamente nuestros héroes acaban por dar con una solución más sensata utilizando el reactor nuclear de Hanford, uno de los laboratorios involucrados en el proyecto Manhattan. A fin de cuentas, un reactor nuclear produce, a medio plazo, muchos más neutrinos que una explosión atómica, nada menos que unos 50 billones de antineutrinos por centímetro cuadrado (el tamaño de la uña del pulgar). Estos antineutrinos o neutrinos de antimateria aparecen como subproductos de las copiosas desintegraciones radioactivas que ocurren en el interior del reactor durante la reacción en serie que sostiene el proceso de fisión.

Cuando un antineutrino reacciona con un protón (cosa que ocurre muy raramente a pesar de la cantidad astronómica de neutrinos que el reactor produce) lo transforma en un neutrón, emitiendo un positrón (es decir una electrón de antimateria) en el proceso.

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La idea de Reines y Cowen era sencilla y elegante. Cuando el positrón emitido en la reacción anterior se encuentra con un electrón ambos se aniquilan, produciéndose radiación de muy alta energía, o rayos gamma, un proceso que podemos apuntar así:

flt2

Donde ϒ (pronunciado “gamma”) denota un fotón de muy alta energía. De hecho, como es necesario equilibrar la energía y cantidad de movimiento de la reacción, los dos fotones emitidos en la reacción reculan el uno contra el otro. Así pues, basta con detectar la señal de estos dos fotones, para contar con una evidencia de que se ha dado la reacción.

Los materiales para construir el detector estaban a mano. Por un lado, un par de años atrás, se habían encontrado líquidos orgánicos transparentes y capaces de emitir una ligera chispa de luz cuando una partícula cargada o un fotón los atravesaban. Fred y Clyde, junto con el resto de su equipo, se hicieron con unas pocas toneladas de este líquido centelleante y con unos aparatos capaces de detectar pequeñas cantidades de luz, llamados fotomultiplicadores, o PMTs (de las siglas photomultiplier). Un PMT (figura 1.2) es algo así como una bombilla al revés, si consideramos que una bombilla emite luz cuando pasa por ella una corriente eléctrica. En cambio un fotomultiplicador convierte luz en una corriente eléctrica. Además es capaz de responder a cantidades mínimas (tan mínimas como un solo fotón) de luz, ya que la débil carga eléctrica que produce la chispa de luz se amplifica por factores de decenas de millones para producir una señal medible.

Figura 1.2
Figura 1.2. La figura muestra tres fotomultiplicadores (PMTs) del experimento NEXT, rodeados de blindaje de plomo y cobre en el laboratorio subterráneo de Canfranc.

Así pues, un gran barreño lleno de líquido centelleante y tapizado interiormente por fotomultiplicadores. El positrón se aniquila con el electrón, los fotones se emiten y producen luz en el líquido, la luz es registrada por dos PMTs situados uno enfrente del otro. Sencillo y bonito. Demasiado sencillo, de hecho.

El problema era que el ruido de fondo debido a la radioactividad natural (ya he escrito en este blog que la Tierra es un planeta muy radioactivo) es enorme. En otras palabras, la cantidad de señales espurias debidas a la emisión de electrones y fotones por los materiales de los que está construido el experimento (todos ellos ligeramente radioactivos, incluyendo a los propios físicos) y también el ruido ocasionado por los rayos cósmicos que nos bombardean, hacía esencialmente imposible, encontrar la aguja de los dos fotones producidos por la aniquilación electrón-positrón en el inmenso pajar de chispas aleatorias.

Afortunadamente, en la reacción también se emite un neutrón, el cual, al carecer de carga eléctrica, se pasea libremente por el líquido centelleante. De hecho, el neutrón se escaparía del detector, si no fuera porque R&C cayeron en la cuenta de que era posible capturarlo añadiendo una pequeña cantidad de sales de Cadmio, un elemento ávido de neutrones.

Figura 1.3
Figura 1.3. El principio de la doble señaal retardada. La primera señal se debe a la aniquilación del positrón y el electrón. La segunda a la captura del neutrón.

La figura 1.3 nos muestra la idea, conocida como “coincidencia retardada”. La señal que R&C buscaban era la combinación de una primer flash de luz (la aniquilación del electrón y el positrón), seguida, al cabo de unos pocos microsegundos (estos es unos cuantas millonésimas de segundo) de una segundo flash, diez veces más intenso (la captura del neutrón). El ruido de fondo puede simular una señal y también la otra, pero no ambas a la vez.

La figura 1.4 nos muestra un esquema del detector y las señales. De paso nos da una idea de cómo funcionan los físicos. Primero dar con la idea apropiada (la coincidencia retardada que hace posible suprimir el ruido de fondo). Después, encontrar la tecnología necesaria para el experimento, que a veces existe y a veces se inventa (en el caso de Fred y Clyde, tanto los PMTs como el líquido centelleante estaban en el mercado desde hacía unos pocos años). Luego, diseñar el experimento. A menudo el “diseño” original es un garabato en una servilleta, otras veces un dibujo algo más decente, como el de la figura 1.4. A partir de ahí se refina el concepto (figura 1.5) y finalmente se construye el aparato (figura1.6).

Figura 1.4
Figura 1.4. Un esquema del detector de Reines y Cowen.

Figura 1.5
Figura 1.5. Un diagrama del detector en el reactor de Savannah River.

Figura 1.6
Figura 1.6. El zulo de Reines y Cowen en el reactor de Savannah River.

Para ser un buen físico de neutrinos hace falta un par de características más. Cierta insensatez (para atreverse con experimentos muy difíciles) y mucha paciencia. El experimento de Hanford fue un fracaso a pesar de la coincidencia retardada, debido al escaso blindaje del detector, lo que hacía que el ruido de fondo literalmente anegara cualquier posible señal. Pero dos años más tarde, en 1955, en el reactor de Savannah River, con mejor blindaje y un aparato mejorado, Fred y Clyde encontraron en su osciloscopio las señales que demostraban, sin lugar a dudas, la existencia de la coincidencia retardada (figura 1.7). El neutrino había dejado de ser un fantasma.

Figura 1.7
Figura 1.7. Las señales de la aniquilación del positrón y el neutrón pueden observarse en sus respectivos osciloscopios, retrasadas, tal como se esperaba en unos pocos microsegundos. El neutrino ha sido detectado experimentalmente.