Reseña

El Universo en un puñado de átomos es un ensayo sabroso y divertido sobre la necesidad de mezclar el arte y la ciencia. Al mismo tiempo es la crónica viva de una disciplina científica fascinante: la física de las altas energías, la cual se propone estudiar lo infinitamente pequeño, en los niveles cuánticos del átomo, y lo inimaginablemente grande, los confines del Universo y la pregunta por su origen. Luego de seguir durante más de veinte años a los cazadores cuánticos, entre ellos a varios Premios Nobel, y de visitarlos en sus espectaculares aceleradores y detectores de partículas, tanto en Fermilab (Illinois), DESY (Hamburgo) y CERN (Ginebra), Carlos Chimal cuenta el desarrollo de uno de los avances tecnológicos más importantes de nuestra época, mismo que hace posible desde el super cómputo y la Web hasta la creación de chips hiperveloces e inteligentes. Retomando lo mejor de esta aventura, Carlos Chimal aborda algunos de los mayores enigmas de la actualidad científica: ¿por qué existen seres con masa luminosa? ¿Qué es la enigmática materia oscura? ¿Cómo fue el origen del Universo? Y si existe la antimateria, ¿hay «algo más» en el Universo? ¿Estamos en el umbral de nuevos descubrimientos e ideas inesperadas y llenas de provocaciones?

Índice

1. La Ciudad Escéptica en peligro

2. Monterroseana

3. Un zoológico elemental

4. La danza de las partículas

5. Mundos y anti mundos

6. Algunas ideas aceleradas

7. Cámaras para atisbar lo que apenas existe

8. Una salamandra cuántica

9. Borges y las partículas que se bifurcan

10. Ciencia ficción vs. Ficción científica

11. Caminatas dentro de la Ciudad Escéptica

12. LH... C’est pas sorcier!

13. La epopeya de ATLAS

14. Sueños catedralicios

15. En la casona de Voltaire

16. Creadores de la Web

17. ALICE en el desierto de los tártaros

18. Los amigos de la precisión extrema: CMS y LHC-b

19. Sesenta años después

20. Un imperio de luz

21. Ondas de cierta gravedad

22. El futuro: entre pingüinos y calaveras

Glosario

Bibliografía

Agradecimientos

Capítulo 1

La Ciudad Escéptica en peligro

El 13 de septiembre de 2008, tres días después de haberse puesto en marcha el Gran Colisionador de Hadrones, su red informática fue atacada por un grupo autodenominado Greek Security Team, quienes demostraron, como buenos hackers, que no existe código de seguridad inviolable. Por fortuna declararon que no era su propósito dañar los experimentos. Gracias, amigos. En los lugares de encuentro como la cafetería central se pide que ya no sea uno tan relajado con las computadoras portátiles, pues las ondas de internet viajan por el aire y los fisgones pueden estar haciendo su trabajo. El sitio donde se está gestando la siguiente revolución en redes computacionales ha sido golpeado por los cibernéticos rompetodo. Los astutos cazadores de partículas se vieron atrapados en su propio enjambre.

Ante la crisis hay quienes se hacen eco de las actitudes timoratas y piden invertir mejor en investigaciones pequeñas, «de mesa», que en megaproyectos como los del CERN. Según los defensores de esta física, su falta de visión no les permite entender que un proyecto de mesa genera un resultado, mientras que proyectos complejos como el LHC ayudan a esclarecer enigmas del Universo y, al mismo tiempo, ofrecen una derrama tecnológica que se traduce en la ya mencionada Web, en cámaras de alambres que toman imágenes médicas, como el PET para diagnóstico y estudio de la fisiología del cuerpo humano, en la GRID que permite monitorear la diseminación del cáncer de mama en Europa, en los aceleradores de protones que ayudan a tratar diversos cánceres de manera eficiente, así como en innumerables dispositivos que conservan mejor la temperatura y que resisten mejor la radiación.

Y, para colmo, en octubre del mismo 2008 un investigador francés de origen argelino, que alguna vez ha venido al CERN a hacer investigación teórica, fue detenido por la policía de su país acusado él y su hermano de pertenecer a una rama de Al Qaeda. Algo similar se vivió en septiembre de 2014, quizá más dramático por la silenciosa insurrección que culminó en la regularización del ejército del Estado Islámico, plagada de europeos, algunos de ellos ciudadanos suizos y franceses. John Jihad degüella a un montañista francés secuestrado en Argelia frente a una cámara de video que algunos medios del mundo reproducen para las pantallas del público. Los pasos fronterizos entre Saint-Genis, Ferney-Voltaire y Ginebra se cerraron, los controles de pasaportes y documentos de identidad se volvieron estrictos como nunca se había visto desde la Segunda Guerra Mundial. En la estación de gasolina frente a la entrada principal de CERN se apostaron agentes de seguridad, tanto uniformados como civiles, y en los autobuses detenían sobre todo a gente de piel morena y negra. Al mismo tiempo en México sucedió un asesinato masivo que no era el primero ni sería, por desgracia, el último, pero que se convirtió en símbolo de la indignación generalizada por el estado de fascismo corriente, sin ideología, que impera en el país y cuyos sicarios asesinan con la mayor crueldad animados por su estrecho coto de poder. Una versión perversa y recargada de Los bandidos de Río Frío de Manuel Payno.

Regresemos a 2012, al momento en que faltaban pocos días para que volviera a arrancar la máquina LHC. Todo mundo está en lo suyo, repasando el peor de los escenarios posible porque confían en que todo saldrá a pedir de boca. Mientras algunos sacan la leche del refrigerador en la cocina común del hostal y alguien muele café para entender de qué está hecha la materia oscura equivalente al 96% del Universo. Un par de huevos revueltos con espárragos cuando uno desea preguntarse por qué un 4% restante es luminosa como nosotros. Jugo de frutas si quieres entender la causa de que existan más dimensiones que las cuatro que conocemos. Más café y nos pondremos en el camino de saber por qué el mundo está hecho de materia y no de antimateria. La señora que hace la limpieza pide a los que seguimos discutiendo cómo era el Universo a los 3 microsegundos de su existencia seguir la trascendental charla en otra parte. En una pared a la entrada de ATLAS hay un cartel que anuncia: «2012: ¡El fin se acerca!». En efecto, es el fin de una larga espera para los cazadores de partículas.

Sin embargo, las cosas se complicaron de nuevo. A mediados de 2011 todos esperaban que la hora del LHC llegara ya. La tensión crecía, física y mentalmente. Pocas semanas antes cada uno de los ocho sectores que componen el anillo subterráneo había sido probado en su etapa final de enfriamiento. De hecho, algunos puntos de esta enorme caverna pueden considerarse los refrigeradores más fríos del Universo. Una y otra ocasión, el equipo del galés Lynn Evans (en ese entonces a cargo del acelerador) llevó a cabo pruebas en los complejísimos sistemas eléctricos, de conducción y de potencia.

En el lugar se dibuja una estética industrial hecha de manera artesanal, casi a mano. Es como si todas las escuderías de Fórmula 1 del mundo hubieran acordado diseñar y construir el prototipo, y estuvieran a punto de probarlo en la pista. Le dije a Lynn en ese entonces que él era ahora el jefe de la escudería terrícola a lo bestia. Se rio porque sabía que no había mañana. Si fallaba entonces, su cabeza caería en las siguientes horas. Varios millones de euros y las esperanzas de miles de científicos de la comunidad europea y de todo el mundo estaban puestas en su talento y sangre fría para coordinar el trabajo de tanta gente.

Las cosas siguieron su curso: el arranque del LHC fue aplaudido por todos los presentes como si el mundo hubiera sido salvado de una terrible catástrofe. En efecto, hemos sido salvados de la abominable ignorancia. Lynn comenzó a dirigir un nuevo proyecto, la construcción del Súper LHC, algunas cosas fallaron y otras han salido casi a la perfección. El balance es, pues, muy favorable. Y prometedor, según Gerardo Herrera Corral, quien llevaba en este entonces quince años colaborando en ALICE. Se trata de un viejo sueño hecho realidad, de algo irreal y concreto al mismo tiempo.

Pero ¿qué son los hadrones y por qué hacerlos chocar? Como veremos a lo largo de este libro, todo se remonta a la idea del griego Leucipo, quien hace 2,500 años afirmaba la existencia de un mundo atómico, esencial para entender la materia que compone todo de lo que estamos hechos, y para probarlo hacía falta contar con el cuchillo adecuado y ser un buen cazador. Las ideas atomistas y su comprobación experimental fueron el instrumento que permitió el tránsito de la alquimia a la química moderna, así como fuente de inspiración para descubrir las insospechadas cualidades del electromagnetismo. Viejas ideas se reformularon a lo largo del siglo XX, mientras los experimentos montados en laboratorios como éste lograron niveles cada vez más increíbles y profundos en su estudio del interior del átomo. Se descubrió que había familias de partículas, con características y comportamiento propios, a una de las cuales pertenecen los hadrones. Nosotros, por ejemplo, estamos hechos de partículas hadrónicas.

Como veremos también, en 1920, el físico norteamericano Ernest O. Lawrence construyó el primer acelerador circular con un diámetro de apenas 13 centímetros, en el que se aceleraban protones a una energía casi insignificante. También hemos dicho que este tiovivo tiene una circunferencia de 27 kilómetros, el cual cruza la frontera con Francia y regresa a Suiza, como hace Rosemond. Por el túnel podrían circular automóviles en dos carriles. El LHC es una máquina rompe marcas, pues en 2012 producía haces siete veces más energéticos que los aceleradores precedentes y treinta veces más intensos cuando alcanzó su punto óptimo de operación en 2014. En 2015 volvió a batir su propia marca, proveyendo a los experimentos partículas a 13 TeV. Los haces de protones circulan en el anillo durante diez horas, lo que significa que recorren una distancia de ida y vuelta igual a la de aquí a Neptuno. El LHC es tan sensible que la acumulación de nieve del macizo montañoso llamado Jura, al pie del cual se encuentra este laboratorio, puede modificar su alineación.

Y ya no participan unos cuantos científicos. Cuando les he preguntado por sus ídolos, tanto el director general como los líderes de experimento y varios investigadores más han rechazado la idea, pues están muy acostumbrados a trabajar en equipo. Durante el siglo XX estos laboratorios comenzaron a crecer hasta alcanzar los siete mil científicos. Todos trabajan en el acelerador de Ginebra, el cual finalmente estuvo listo para «romper la última cáscara de la nuez», en palabras del cosmólogo Stephen Hawking, quien cita a William Shakespeare. Al igual que muchos otros científicos de diversos campos de la ciencia y la tecnología Hawking espera constantemente noticias emanadas de aquí.

Le comento a Rosemond que la materia y la energía son intercambiables. Además, de acuerdo con la teoría cuántica, para ver pedazos de materia cada vez más pequeños y detalles antes invisibles es necesario reducir en forma proporcional la longitud de onda de la radiación que se utiliza. Pero resulta que conforme un objeto se acerca a la velocidad de la luz, se vuelve más pesado y es muy difícil aumentar su velocidad. Por ello se requiere de niveles de energía cada vez mayores. En 1920 Lawrence podía acelerar protones a 80 mil electrones Volt (eV); en 2009 el LHC los llevó a 5 tera eV en su búsqueda de estructuras inéditas de la materia, en 2012 a 8 TeV y, como dijimos, en 2015 a 13 TeV. Un tera eV (un billón de eV) equivale a la energía que derrocha un mosquito cuando vuela a nuestro alrededor concentrada en una superficie un millón de millones más pequeña. Nunca antes se había logrado controlar haces de protones de tal intensidad y de tan alta energía en un espacio tan diminuto.

Rosemond entiende que no es fácil para una ciencia que fue la estrella del siglo XX permanecer en los pits, ansiosa por abordar su flamante máquina hadrónica, que, además, viene equipada con cuatro gigantescos detectores, verdaderos gargantúas que engullirán partículas subatómicas casi a la velocidad de la luz. Los detectores ATLAS, CMS, ALICE y LHC-b son enormes gargantas situadas de manera estratégica en diferentes sitios del anillo para saber lo que ocurrirá al chocar los chorros de partículas. En la caverna donde se halla instalado ATLAS, por ejemplo, cabría la iglesia de Nuestra Señora de París.

¿Por qué la comunidad europea invierte tanto dinero en estos extravagantes experimentos, considerados en algún momento extensiones de los sueños catedralicios de la humanidad? No sólo porque en este campo se han dado algunas de las ideas más sugerentes sobre el origen del Universo y su extraña y fascinante conexión con lo infinitamente pequeño; no sólo por la derrama tecnológica que ha dado ya beneficios a muchas empresas europeas y mejores servicios al público; tampoco por el entrenamiento que se adquiere aquí en los más altos niveles de diseño, construcción y toma de decisiones, incluso de grupos de países como India, Brasil y México. En realidad hay algo más.

En el otoño de 1992 visité por segunda vez a Leon Lederman, y él me convenció de que esto se hacía porque era una manera de honrar la memoria de grandes tipos como Leucipo y Demócrito, Galileo, Newton y Einstein, pues lo que habían hecho era invaluable: hacer de este mundo un lugar más reconocible al ofrecernos algunas certidumbres sobre él. A Rosemond parece gustarle esto último. El CERN fue la respuesta de la comunidad científica europea, en plena Guerra Fría (1954), para conducir la investigación subatómica en favor de la sociedad, así que es un sitio que despierta pasiones, provoca chifladuras y atrae los reflectores.

En palabras de Luciano Maiani, director del CERN (1999-2003), «si uno desea surcar la costa, no necesita más que una pequeña barca, pero si uno quiere cruzar el océano, requiere de un gran buque y estar dispuesto a soportarlo todo». Un buque que es la envidia del mundo y, sin duda, causa de orgullo entre los ginebrinos. Y de regocijo, pues tan sólo los que vamos y venimos de nuestros países al CERN formamos casi el 7% de los pasajeros que usan el aeropuerto de la ciudad y sus servicios.

A pesar de las ventajas hay quienes tergiversan los términos de una aventura científica empeñada en un escepticismo creativo y tratan de confundirla con una empresa religiosa. En el autobús rumbo al centro de la ciudad me encuentro a un par de lunáticos que creen que la radiación del LHC provocará micro agujeros negros por donde se fugará toda la materia terrenal y anexas. Otros hablan de saltarse una barda del laboratorio para provocar un gran «reventón» («le plus grand Big bang»). No es nueva la hostilidad hacia el conocimiento científico. Ya Galileo fue torturado por plantear dudas útiles y por su fidelidad al escepticismo y la evidencia experimental.

Incluso tengo que recordar aquí la distorsión que ha sufrido la metáfora de Leon Lederman, cuando tuvo el infortunio de intitular su libro La partícula divina, refiriéndose al bosón de Higgs en el sentido de que, como sucede con las divinidades, creemos que existen pero nadie ha visto una de ellas. Lo mismo pasaba con dicha partícula escurridiza. Pero esas expresiones de radicalismo pueril no distraen a los científicos y técnicos, concentrados en mantener a punto la máquina y los múltiples detectores montados como capas de cebolla en los cuatro puntos ya mencionados. En particular, los investigadores e ingenieros españoles, mexicanos y griegos con los que hablé en esos días estaban tratando de aprovechar al máximo la experiencia de tantos años.

También el prestigiado teórico Luis Álvarez Gaumé, decano, junto con Álvaro de Rújula, de los científicos españoles en CERN, tiene un juicio severo sobre dichas expresiones de radicalismo infantil. Álvarez Gaumé ha estudiado las propiedades cuánticas de los hoyos negros con base en los experimentos que se realizan en CERN. Dimos una última vuelta con Félix Rodríguez Mateos por el anillo antes de que fuera cerrado a la presencia humana y, junto con Luis Hervas, echamos un último vistazo al estado de las conexiones alámbricas, ahora que los imanes se han contraído por el enfriamiento a 1.9 kelvin, lo cual es casi el cero absoluto (-273.15º C).

Estas maravillas tecnológicas al servicio de la ciencia no existían hace pocos años. Fueron concebidas y puestas en marcha por gente como Félix y Luis, dos de los expertos que todas las mañanas deben tener la mano bendita y la cabeza en orden para lidiar con las peticiones de la griega Yiota Foka (ALICE) y las del germano- catalán Frederic Teubert (LHC-b). Mientras que la primera necesita instalar un nuevo detector más cerca del haz, Frederic debe seguir su agenda, lo cual finalmente desembocará en verificar el desempeño de ATLAS. Es como el espejo de alguien que busca lo hipotético.

Todos ellos son protagonistas y están en el meollo del asunto. Viven a tope su momento. «Carpe diem», dice Frederic. Si Rosemond se tatuara, ese lema cubriría un trozo de su blanca y tersa piel. A lo largo del tiempo han visto pasar a mucha gente. Convivir aquí ha sido parte importante de sus vidas, incluso para aquellos que vienen a realizar estancias breves, como los jóvenes estudiantes africanos que estaban deseosos de aprender del súper cómputo que se inventa en CERN y llevarlo a su continente para monitorear la desertificación, o bien los estudiantes españoles que buscan entender la fabulosa criogenia que mantiene frío el acelerador, resulta casi siempre una experiencia trascendental.

Capítulo 2

Monterroseana

Soñé que soñaba, y en ese espacio antes blando fui testigo de cómo mis pies ligeros me llevaban por campos saturados de partículas elementales a la casa del escritor Tito Monterroso, quien me decía: «Oye, Chimal, platícame más del espacio, el tiempo y la luz, háblame de lo fundamental. No importa que, siéndolo, no seas un experto, pues eso es lo que hacemos quienes escribimos, convertirnos en perfectos impostores de los mejores». Enseguida dibujaba una sonrisa maliciosa en su rostro apiñonado. El duende travieso de mirada vivaz se ponía a limpiar sus anteojos con intención de atacar las hojas de El Quijote mientras esperaba respuesta. Intenté articular alguna frase pero mi conciencia hizo su trabajo y desperté.

Me encontraba en el hostal dentro de los dominios del Centro Europeo de Investigaciones Nucleares (CERN), sitio que desde ahora llamaremos la Ciudad Escéptica, localizada en las afueras de la ciudad suiza de Ginebra. Entonces me di cuenta de que mi propio dinosaurio, el que me había ayudado a encontrar Augusto Monterroso, Tito, mi tutor y amigo de toda la vida, aún estaba ahí. Podía tratarse de un símbolo del autoritarismo y la decadencia social, de una pesadilla sin retorno. Pero también podía encarnar interrogantes esenciales que, por más crípticas y bizarras que pareciesen, buscaban respuestas sencillas y elegantes en términos estéticos. ¿Por qué el Universo es tan grande? ¿Qué explicación puede ofrecerse al hecho de que la gravedad sea una fuerza tan débil? Ese día me enteré de que, por inmenso que fuera, el Universo podría encontrarse al borde de un precipicio material. Mi primera reacción fue tratar de saber cuánto tardaríamos en llegar a ese punto. Por más millones de años que adujeron mis amigos físicos sentí un vértigo atávico. Lo bueno es que había respuestas.

La primera de ellas surgió poco más de 2,500 años antes de ese día, cuando Parménides propuso que el mundo podía dividirse en lo que era y lo que no era, entre lo continuo y el vacío. Demócrito estaba convencido de la existencia de entidades atómicas navegando en campos vacuos, mientras que Leucipo de Mileto propuso un experimento mental: ¿qué sucedería al rebanar una hogaza de pan en láminas cada vez más delgadas?, ¿alcanzaríamos un límite? Convencido de que así sería, y a fin de hacer notar el carácter indivisible de lo que es frente a lo que no es, lo llamó átomo. El dualismo dio inicio, la noción de que la realidad es un juego de contrarios que se tocan mediante un puente generado por una ilusión excluyente, como sucede con el tiempo y el espacio einsteniano, con el bien y el mal cristianos, con el adentro y el afuera cartesianos, con el ser y el no ser ontológicos.

Yo comencé un poco más tarde esta aventura de hacer lab life con la esperanza de saber si, en efecto, había una frontera infranqueable; con ganas de saber si realmente, como afirmaba Leucipo, todo el Universo estaba formado de átomos y vacío, si el espaciotiempo es un tejido inextricable y si las coincidencias son provocadas o aleatorias. Primero visité Fermilab (Chicago), luego DESY (Hamburgo) y acabé en CERN (Ginebra), siguiendo a los vanguardistas de esta ciencia que estudia lo increíblemente pequeño. Entretanto me dio por explorar ideas extravagantes, más propias de la fantasía literaria, ejercicio que me sirvió para relajarme. ¿Serían ciertas las leyendas que atribuyen una extraña influencia en el desarrollo de los experimentos a los espectros de Enrico Fermi en Fermilab, Richard Feynman en SLAC (California), Albert Einstein en DESY, Fukuyama en KEK (Japón) y, sorpresa, en CERN el fantasma de un escritor, Jorge Luis Borges, quien vivió y está enterrado al otro lado de Lago Leman? ¿Y qué diríamos del aventurero y benefactor Voltaire?

Entonces volví a parafrasear a Monterroso, el maestro del cuento breve, subatómico, cuántico, quien cuarenta años atrás había apostado por algunos más como yo, necios en querer convertirnos en escritores profesionales, y para ello nos habían otorgado una beca. Tan ilusionados estábamos ante la posibilidad de ganarnos el pan cotidiano contando historias del mundo porvenir y por pasar, y del pasado y el presente también, que nos creímos a pie juntillas la invitación de Tito a saber de todo, a experimentar lo que vale la pena sentir y lo demás dejarlo pasar como un viento maligno.

Monterroso solía recordarnos que los escritores vivimos de frases y oraciones, y que este gusto por las letras nos pega sustos y nos mete en apuros pero, al mismo tiempo, nos ofrece oportunidades en tiempos de crisis. Así, la necesidad de sostener una conversación (un desafío, un choque de fuerzas en sí mismo) y de traducir (otra forma de jugar a las vencidas, en este caso con el idioma en turno) son la materia prima de esta tribu que busca compartir su experiencia con el mundo. Sin embargo, a veces el pebetero literario no basta para alumbrar los sueños de un creador y perseguir sus anhelos, de manera que algunos buscan inspiración en las ideas científicas y sustancia en los objetos tecnológicos a fin de encarnar sus visiones. El escritor cubano-italiano Italo Calvino, amigo y admirador de Tito, encontró en la imaginería científica del siglo XX forma de disolver la pesadez y diluir la farragosidad. Tito estaba convencido de que había otra manera de seducir mediante frases, conceptos y versos tales como «movimiento perpetuo», «la sede del alma», «tensión esencial», «luz encantada», «el origen de las especies». Con impecable ironía alguna vez escribió en Los buscadores de oro: «Por línea inglesa directa todos descendemos de Darwin». Quienes seguimos sus pasos intentamos, como Perseo, volar a otro ámbito luego de haber batido nuestras manos con la sangre de Medusa. Y a ese otro espacio, donde la invención literaria y la imaginación científica se tocan, es hacia donde nos dirigimos en este libro.

Una tarde me detuve en el pequeño puente sobre el sitio donde se unen el lago de Ginebra o Leman y el río Ródano con un termo en las manos relleno de chocolate espeso y negro, mirando el chorro de agua que se levanta 200 metros desde un punto cercano al faro y expulsa trozos iluminados de agua cristalina. Entendí que lo nuestro era la paráfrasis, la imaginación como una serpentina beisbolera; recordé la versión de su propio cuento que Tito había soltado alguna mañana en su casa de Chimalistac, luego de platicarle mis andanzas en este mundo particular: «Y cuando despertaste, el bosón de Higgs ya estaba ahí».

A fuerza de mirar fuerte, aferrado a la disciplina y pasión por la lectura minuciosa, aspirando a adquirir un pedacito de sabiduría comparada con la de Monterroso, comencé a abrir las puertas de los sitios donde se estaba estudiando la profundidad del átomo. Desde aquella primera tarde en el lago de Ginebra, y luego durante las subsecuentes mañanas frías y radiantes en la Ciudad Escéptica, en las noches de lluvia que cala hasta los huesos, en las oportunidades de mirar el macizo montañoso llamado Jura desde la habitación del hostal y desde la oficina del director general en turno, me convertí en un testigo, «en un escritor curioso que soñó con un dinosaurio hecho de átomos (¡qué casualidad!) y quiere saber si en realidad existen y de qué están hechos», según se decía en el cuerpo secretarial cada vez que solicitaba una entrevista con el nuevo director.

En esos primeros momentos epifánicos frente al lago de Ginebra apenas intuí por qué lo que había sucedido antes y lo que vendría después encajaría en un sofisticado mecanismo de relojería suiza. El dinosaurio de Tito, es decir, la imaginación ancestral; lo que habíamos aprendido aquel año de iniciación con una beca del Instituto Nacional de Bellas Artes (INBA) que se llevaba a cabo todos los martes en la Capilla Alfonsina, leer a Alfonso Reyes mismo en Ginebra décadas después y escribir sobre su interés por la ciencia; la visita de Borges a la Capilla, caminar por las calles ginebrinas donde vivió y murió; un encuentro inesperado con Mario Benedetti y su mujer en el andén de trenes de Cornavin; paseos por la casona de Voltaire y su romance con la ciencia; el descubrimiento de las partículas subatómicas que empezaron a aparecer como si se tratara de un nuevo mundo, desde el siglo XVII y hasta las primeras décadas del siglo XXI; pláticas con los inventores y descubridores, todo se conjugaba como parte de un diseño inteligente, de algo premeditado.

Nadie en su sano juicio pretendería ofrecer una respuesta aforística, lapidaria, simplista a cuestiones que aceptan más de una versión, a interrogantes que aceptan diversas soluciones a sus desafíos. Podemos caer en el error por legítima ignorancia o bien en la extrapolación metafórica, «poética» por intereses ideológicos cuyos resortes responden a deseos personales, económicos y de estatus social.

Desde el principio sentí que no había un diseño, que en todo caso éste se va haciendo en el tiempo y el espacio; es difícil creer que alguien lo pensó antes. En mi pequeña habitación y a partir de mi aún más modesta visión, lo explicaba como un flujo de ocurrencias, algunas más brillantes y factibles que otras, una manera de aferrarme al espíritu inquebrantable del descubridor. Ahora bien, ¿es posible prescindir de algunas metáforas?, ¿es factible perseguir el conocimiento despojado de prejuicios?, ¿la comunidad de físicos está consciente de que no hay explicación coherente si se cuelan artificios mentales cuyo alejamiento de la observación experimental resulta exacerbado? Esta clase de pensamientos venían a mí por las mañanas, cuando me volví asiduo de la Ciudad Escéptica.

Al igual que Brookhaven, Fermilab y SLAC en su momento de gloria, en el CERN hay manera de pasar la noche. Entre los más de 70 edificios de oficinas, cubículos de investigación, laboratorios y talleres, se localizan tres que pertenecen a un hostal austero pero muy bien equipado, sobre todo con cocinas electrónicas, refrigeradores jumbo y todos los trastes necesarios para cocinar como aprendiz de chef. Eso permite la convivencia más allá de la entrevista convencional. Encender la cámara frente a una persona y colocarle un micrófono modifica el evento.

Luego de una intensa charla en medio de la cena, uno puede encerrarse en una habitación a ver la TV, a fumar, o irse a su habitación libre de humo. Entre el silencio reparador y el aire magnífico del cantón de Meyrin, en la frontera suizo-francesa, leí libros que sucedían en el CERN, como la novela Atlas occidental, de Daniele del Giudice, la cual me sorprendió, ya que planteaba la intencionalidad como un motor del descubrimiento científico. No es que uno se topara más o menos en forma accidental con los fenómenos secretos de la naturaleza, por lo menos no hoy en día, sino que con el poder de predicción de las teorías y la capacidad tecnológica se podía encontrar lo que uno quisiera.

Desde luego, esto no es así, pero en los años de 1970 (cuando fue escrita dicha novela) las ideas de los antiguos pensadores Leucipo y Demócrito empezaron a materializarse causando estupor. Los chorros provenientes del espacio cósmico, así como el descubrimiento y la producción en tierra de partículas cuyas dimensiones eran más pequeñas que las de un átomo, probaron la vigencia de aquellas antiguas ideas. Si bien no se conocen sus obras en forma directa, sino a través de comentarios y críticas de otros autores, entre ellos Aristóteles, así como algunos fragmentos dedicados a la ética por parte de Demócrito, queremos creer que el avezado pensamiento de Leucipo lo llevó más allá. Para algunos, Demócrito insinuó la posibilidad de indagar en el vacío atómico, abriendo una rendija al atomismo planteado por Leucipo. Sí, el átomo es el Indivisible... a menos de que cuentes con un cuchillo más fino. Entonces podrás entrar en un mundo nuevo, inédito, que parece contener su propio infinito. Que al final es finito. Pero esa es otra historia.

Lo notable fue confirmar que Leucipo y Demócrito entendían la naturaleza del descubrimiento de manera profunda, si bien limitada por el estado nulo en que se encontraban los recursos tecnológicos en aquella época. ¿Lograron intuir, aunque de manera hipotética, que cualquier trozo de materia podía cortarse en rebanadas aún más pequeñas que el átomo duro e indivisible? Es probable, pues ya Estrabón (siglos I a.n.e. y I) y Sexto Empírico (siglos II y III) atribuyen al mítico Mosco de Sidón (siglo XIV a.n.e.) ser el primero en concebir este pensamiento corpuscular, atómico. Como al oscuro Heráclito, casi nadie les creyó. Lucrecio fue uno de esos pocos que mantuvieron vivas las ideas atomistas. Se sabe que en la India florecieron alrededor del año 200 antes de nuestra era. En el siglo XVII los filósofos naturales Robert Boyle, Robert Hooke e Isaac Newton no tenían dudas de que el Creador había hecho la materia de partículas móviles, sólidas, masivas, más o menos duras e impenetrables. Si bien quedó en el olvido la débil idea de que con el cuchillo adecuado podían rebanarse incluso los átomos, surgieron nuevas y fascinantes preguntas, como si existe o no el vacío y cuál es la naturaleza de la energía.

En el siglo XVIII Roger Joseph Boscovich, admirador de la obra de Newton, se aventuró a decir que la realidad física en la que estamos insertos, la de los objetos grandes y masivos, desde un organismo microscópico hasta una galaxia, hay un límite. Y dicho muro lo forma la gravitación, esa desconocida y escurridiza fuerza que gobierna y controla los objetos a distancia. Según Boscovich debían existir «campos de fuerza», mientras que las fuerzas de atracción y repulsión eran más bien oscilaciones. Entusiasmado, afirmó que las partículas no tenían tamaño, sino que se trataba de puntos geométricos. Es un lugar y carece de dimensiones. No fue sino hasta los años de 1970 cuando los físicos fueron capaces de construir máquinas rompe-átomos que alcanzaron altísimas energías y vieron por primera vez lo que había adentro.

Al mismo tiempo que captaban las partículas provenientes del espacio exterior y las analizaban, comenzaron a descubrir las entidades más pequeñas de la cadena atómica: los quarks. «Lo sorprendente es que el quark coincide mucho con la idea de Boscovich», me dijo Leon Lederman durante la primera de mis visitas a Fermilab en la primavera de 1992. Lederman obtuvo el Premio Nobel por haber descubierto ahí el neutrino del muón. Siguió diciéndome: «Podemos verlos (a los quarks) como puntos matemáticos pero con algunas propiedades convencionales, como la masa y una carga eléctrica. Y tales propiedades son la fuente que genera un campo de fuerza». Además de estos campos de fuerza existe un campo de masa. Este campo, al interactuar con las partículas, les proporciona una resistencia al moverse. En términos físicos, esto implica que les otorga una masa. Como los otros campos, el de Higgs se manifiesta mediante una partícula que es componente del Modelo Estándar, si bien cuando platiqué con Lederman faltaban dos décadas para su descubrimiento.

Parte de la trama en la novela Atlas occidental se produce dentro de este ambiente triunfalista y esperanzador de la década de 1970 en cuanto al conocimiento de la física profunda, universal. Alumno dilecto de Italo Calvino, del Giudice imagina el encuentro de un viejo novelista ginebrino y un joven investigador del CERN mediante una pasión compartida: volar aviones. Los personajes se conocen en el aeropuerto de Cointrin, en aquel entonces más pequeño de lo que es ahora. Un puerto de entrada cotidiano a lo largo de las décadas. Un asunto por sí mismo. Así que los personajes traban amistad, cruzan la frontera, adquieren velocidad y frenan, de alguna manera chocan, hacen colisionar sus ideas mientras platican sobre sus quehaceres tan dispares. Hablan de la producción de partículas elementales, como si de una fábrica se tratara.

Con el paso de los días el joven físico le confiesa al viejo escritor que, en realidad, él se ocupa de objetos geométricos, de una geometría avanzada y muy especial. «Mi trabajo», dice «es simetría, tiene que ver con la simetría en su sentido más profundo. Que con esto se llegue a entender algo de la fluidez, la velocidad y la inaferrabilidad siempre es sorprendente. Pero desde este punto de vista también la luz es una simetría...»

Poco más tarde en esa misma conversación, el escritor replica: «...a mí me gustaría hablar de un sentimiento y de la forma de producirlo del mismo modo que usted habla del anillo kilométrico. Pero ¿cómo invitarlo a visitar los tiempos verbales, los nexos para enlazar las frases de forma que se sostengan una contra otra, presionándose en forma mutua? ¿Cómo hacer que vea el punto exacto en el que se genera una imagen, un gesto, la articulación de una historia, la trama de un sentimiento, indicándole la diferencia entre el producto y lo que lo produce? ¿Cómo decirle: una historia está hecha de acontecimientos, un acontecimiento está hecho de frases, una frase está compuesta de palabras, una palabra, de letras.? ¿Y la letra es irreductible? ¿Es lo «último»? No, detrás de la letra hay una energía, una tensión que aún no es forma y ya no es sentimiento, pero quién sabe cuánta potencia haría falta para desconectar ese sentimiento de la palabra que lo hace visible, del pensamiento que lo piensa de manera instantánea, y comprender el misterio por el que las letras se disponen de un modo y no de otro, y se llega a decir: «usted me cae bien», y el milagro por el que esto corresponde a algo».

La sensación en aquella época era que el cosmos nos estaba regalando una fiesta, una explosión de partículas que permitía, entre otras maravillas, producir a voluntad una miríada de entidades diminutas y extravagantes. Era como si a aquellos respetables metafísicos de la Antigüedad se les hubiera dotado de una máquina fotográfica y con ella se dedicaran a buscar instantáneas de lo que creen que hay. Las ideas de los antiguos, aunadas a la de algunos avezados como Newton, Boyle, Hooke y Boscovich se estaban volviendo reales. Con el trabajo de miles de investigadores desde el siglo XVII y, sobre todo, a fines del XIX y a lo largo del XX, nos acercamos a comprender mejor por qué somos como somos, el mundo a nuestro alrededor, su pasado, incluso su futuro. Los verdaderos magos tomaban su lugar en la historia para «unir en un mismo nombre la máquina, las intenciones y acaso los resultados, en esa extraña y absoluta relación en que todo era simultáneamente determinado y determinante», incluidos Demócrito, Leucipo, Monterroso, Borges, Calvino, del Giudice, usted y yo.

Capítulo 3

Un zoológico elemental

No podemos dejar pasar el hecho de que los filósofos naturales, más tarde llamados físicos, se olvidaron de la teoría atómica entre 1600 y 1800. Fueron los químicos quienes se ocuparon de mantener vivas algunas hipótesis al someterlas al experimento rudo. No obstante, un alumno de Galileo Galilei hizo una notable aportación al conocimiento del supuesto vacío, con lo cual heredó una valiosa herramienta para su uso en la física que, siglos más tarde, indagaría las profundidades del átomo.

Comisionado Galileo para fabricar bombas de extracción más eficientes, delegó la tarea en Evangelista Torricelli. Éste descubrió la acción de la presión atmosférica, inventó el barómetro y le dio a los físicos un camino al vacío, vital para ellos dado que la interacción de las partículas con el fin de hacerlas chocar y ver qué sucede es muy difícil de conseguir dada su pequeñez, carga y velocidad, sin contar que una burbuja de aire a nivel molecular, gigantesco en relación con las partículas subatómicas, alteraría gravemente el experimento. Por eso se requieren condiciones de máximo vacío. Torre es actualmente la unidad para medir la presión.

El químico irlandés Robert Boyle, fascinado por el vacío de Torricelli, contrató a Hooke para que le construyera una versión mejorada de una bomba de aire. Boyle sabía que en un ambiente propicio podría experimentar con gases y aventurarse en el mundo atómico. Cien años más tarde, Lavoisier demostró que el agua no era un elemento sino un compuesto y que no podía transmutarse, al menos no como se entendía en 1750, momento en el que se creía que podía transformarse en tierra, por ejemplo. En la primera mitad del siglo XIX John Dalton pronunció una teoría atómica para explicar las propiedades de los gases, largamente estudiados los dos siglos anteriores.

Aunque su idea del átomo no tenía mucho que ver con la de Leucipo y Demócrito, hoy en día nos referimos a lo que Dalton tenía en mente, esto es, un átomo químico, la unidad de los átomos que se ordenan en la curiosa tabla periódica de los elementos. Al igual que Carlos Linneo, quien puso orden en la nomenclatura de los organismos vivos, Dimitri Mendeleyev halló la periodicidad, las regularidades de los 62 elementos que en su época se conocían (1869). Encontró un orden creciente de acuerdo a su peso atómico, comenzando por el hidrógeno. Descubrió que había cierta periodicidad cada ocho elementos, es decir, que cada ocho reaparecían propiedades químicas similares.

La verdadera dimensión de la tabla periódica se comprendió hasta que se descubrieron los primeros 102 elementos naturales y los físicos comenzaron a producir elementos de manera artificial y de vida inimaginablemente breve. A fines de 2015 se había comprobado la existencia de 16 más, sumando 118 elementos. En el siglo XX se descubrió la existencia de un núcleo al interior de cada átomo y las ideas sobre los campos cuánticos tomaron auge, por lo que la tabla periódica encontró su sentido ontológico.

Una noche, en Ferney-Voltaire, uno de los dos pueblos franceses fronterizos con Ginebra y próximos al CERN, el ruido típico de un billar llamó mi atención. Recordé lo que escribió Juan Villoro en su novela El disparo de argón: «Los billares son una especie de puertos donde los fuereños tiran sus amarras». El fuereño fue a indagar cómo chocan los átomos de las bolas, porque cuando colisionan en una mesa de billar, se deforman y su capacidad de recuperación elástica las aparta. Pero ¿en el caso de los átomos? ¿Es posible imaginar un átomo deformado? En realidad lo que deberíamos imaginar es un punto, como el de Boscovich y Faraday, rodeado de fuerzas.

El trabajo de James Clerk Maxwell viene aquí a colación, pues fue él quien descubrió la existencia de ondas electromagnéticas, las cuales se mueven a través del espacio a una velocidad finita, como había predicho Faraday en su momento. De hecho, demostró que la luz es una forma de esta clase de onda. Los fenómenos electromagnéticos no estaban confinados a los cables, podían esparcirse a través del espacio, como lo hace la luz proveniente del Sol. Pensemos en un electrón inmóvil. Debido a su carga eléctrica se genera a su alrededor un campo, también eléctrico.

Cerca de dicho electrón el campo es fuerte pero conforme se aleja, se vuelve más y más débil. ¿Cómo sabríamos que existe tal campo? Si introducimos una carga positiva (recordemos que el electrón tiene carga negativa), sentiremos una fuerza que «mira» hacia el electrón. Cuando lo aceleramos, el campo eléctrico no cambia en ese instante, sino cuando la información llega al punto en el espacio donde estamos llevando a cabo nuestra medición.

Puesto que una carga en movimiento es una corriente, entonces se genera un campo magnético. Al aplicar fuerzas (una señal de radiofrecuencia) sobre el electrón a manera de oleaje, a lo largo de un alambre (una antena), el cambio en los campos eléctrico y magnético se propaga por la antena a una velocidad finita, es decir, la de la luz. Estamos frente a la onda electromagnética. La señal y el mensaje salen de la antena a la velocidad de la luz. En el instante en que alcanzan la siguiente antena en su recorrido se encuentran con muchos otros electrones, los cuales, a su vez, se verán obligados a seguir la onda y por tanto a crear una corriente oscilatoria que puede detectarse y convertirse en video y sonido, por ejemplo.

Las instalaciones del CERN, además de hotel, cuentan con dos restaurantes, uno de ellos en el edificio principal. Allí también es posible tener acceso a otros servicios, como el correo, un banco, agencia de viajes, tiendita de chocolates, souvenirs y otras golosinas. También es sede del único edificio «alto», con sólo seis plantas. En la quinta están las oficinas del director general, y en la sexta, un comedor con una vista magnífica, por un lado, hacia los Jura, por el otro, hacia Ginebra y más allá, Mont Blanc y otros picos canijos si se les quiere escalar y conquistar.

Ir a este comedor es un verdadero evento social. Los jóvenes estudiantes inflan los pulmones y toman muy orgullosos sus charolas que llevan platillos suculentos, bien servidos. No es para menos, el prestigio que otorga obtener un posgrado en esta Ciudad Escéptica es digno de considerarse, ya sea que uno deseé continuar en la investigación científica pura o en la aplicada, o bien ir al sector privado. Muchas mesas son largas y, por tanto, hay que compartir. Aunque prefiero cocinarme en el hotel, esta ocasión me quedaré por aquí. A veces puede uno toparse con una leyenda viva, como el Premio Nobel Jack Steinberger, quien hasta hace pocos años seguía viniendo a discutir algunos asuntos de la física que ha escudriñado las entrañas del átomo. Lederman y Steinberger obtuvieron el codiciado premio en 1988.

«Ciencia inútil, tecnología para nada», esa fue la conclusión que deduje de la respuesta de Jack, luego de que me acercara a él a la hora del café matutino en este mismo restaurante central del CERN, con el propósito de saber si creía que un grupo de jóvenes estudiantes, así como una comitiva multinacional de políticos y empresarios, todos ellos sentados en mesas cerca de nosotros, eran capaces de apreciar la época analógica, romántica, pre digital de todas las disciplinas científicas, no sólo de la física de altas energías que se practica aquí. «Sin duda, tienen la capacidad», replicó Jack, «pero quien no posea la sensibilidad necesaria para curiosear más allá de su loable doctorado o de su puesto laboral, quien no tenga más de dos dedos de imaginación, está frito.»

Si me lo hubiera dicho cualquier otro, le hubiera dado el avión suavemente, le hubiera hecho creer que sus perogrulladas eran dignas de reflexión. Pero ¡eran frases de Jack! Quien desee saber un poco más de este excepcional experimentalista, leyenda viva de la ciencia que se ha aventurado a explorar las entrañas de la materia, puede leer una entrevista en Armonía y saber. Dicho de otra manera, hay que ser curioso y realmente imaginativo para sobrevivir en un mundo donde todo (o casi) ha sido inventado y descubierto.

«Me suena a clisé», repliqué de manera tímida. «Sí», me contestó, «pero por algo se han vuelto clisés, porque todo mundo habla de ellos y pocos saben en qué consiste su truco.» Luego cada uno tomó su camino de regreso al trabajo. Me encaminé por los jardines atrás del restaurante. Entonces me detuve frente a un artefacto que ha estado ahí por décadas y resume en su historia parte de lo que Jack había expresado minutos antes.

Hablo de la EBBC (Gran Cámara de Burbujas Europea), una chulada digna de la película de sci-fi más kitsch. Consta de un tanque metálico en forma de cilindro, con un radio de 3.7 m, el cual en su momento estaba lleno de hidrógeno líquido enfriado a -173o C. Cubre la cámara una campana de vacío, cuyo objeto era evitar que la temperatura del hidrógeno subiera. Fue construida en los años de 1970 para satisfacer las necesidades de detección de las partículas de altas energías emanadas de los nuevos y cada vez más grandes aceleradores. Este ingenio de la paciencia humana ayudó durante poco más de una década a descifrar la cascada de entidades subatómicas que cruzaban su tanque en una billonésima de segundo.

Cuando semejante ventana al microcosmos se encontraba en operación, allá abajo en la caverna y no aquí arriba en calidad de testigo mudo, aburriéndose bajo el cielo ginebrino, estaba rodeada de bobinas de un imán súper conductor, así como de diversos detectores que se dedicaban a seguir el rastro e identificar aquellas partículas que lograban escapar del líquido. Era la estrella de la pista. A lo largo de once años se grabaron 6.3 millones de placas fotográficas, documentos muy apreciados por los físicos de los psicodélicos años sesenta, quienes casi se volvían locos ante la extravagante colección de entidades que apenas se dejaban rastrear en el zoológico de las partículas subatómicas, dado que antes de líquido, las cámaras estaban llenas de gas, más tenue y menos propenso a interactuar con las escurridizas partículas que aparecían en un rango de energía mayor. Entonces dio inicio la labor de clasificación, de encontrar un orden, un por qué y un cómo. La Gran Cámara de Burbujas permitió asomarse con sencillez y eficacia a la vida fugaz de trozos de materia que, no obstante, responden a características propias (electromagnéticas) y dicen: «Miren, por aquí pasé y mi huella no se parece a la de aquéllas».

En eso veo venir hacia mí a los muchachos aspirantes a doctorado, los animo a que se tomen fotos junto a la «Gran Amiga de los Cazadores de Partículas de la Era Disco» y escuchen lo que tiene que decirles. Pero con toda la cortesía del mundo me responden que llevan prisa, pues los esperan para una conferencia en el auditorio. Ni siquiera hago el esfuerzo con los personajes de la comitiva, llevan más prisa y su agenda debe estar muy apretada. Antes de seguir mi camino advierto el paso de cuatro estudiantes preparatorianos que, me cuentan, han venido de Lausana a visitar el quebrador de átomos más grande de la Tierra. Hago mi labor de merolico. Muestran curiosidad y se enganchan. Les pregunto si se imaginan ese mundo antes de la era digital y asienten, incluso les parece «cool». Cuando se lo platico a Jack, pone cara de «ya ves, no todo está perdido». Y agrega: «Hay quienes tienen la paciencia de entender el pasado».

De hecho, pocos días más tarde uno de los creadores de la EBBC y ex director general de CERN, el alemán Hors Wenninger, explicaba a un grupo de muchachos franceses y alemanes lo que significó cooperar para construir este aparato poco después de la Segunda Guerra. Como dice Wenninger, «conocer cómo se superaron las heridas del pasado puede ayudar a no poner en riesgo lo que se ha construido». A mí también me parece cool que la obra magistral de Jack haya sido, precisamente, convertir un fantasma inútil y bueno para nada, el neutrino, en una herramienta útil para el avance y consolidación de la física que explora el interior del átomo, luego de décadas de largo y complejo ir y venir entre la teoría y la escena experimental.

Mientras ataco un jugoso y fresco trozo de ternera con ensalada de ejotes y pimientos, no deja de parecerme curioso que los átomos permanecieran en la sombra hasta bien entrado el siglo XX, si bien desde la primera década de ese siglo su existencia había sido ampliamente aceptada por la comunidad científica y muchas personas de la sociedad civil, atentas a las noticias despojadas de fantasía pueril y, sí, en cambio, llenas de imaginación fértil. Fue hasta que se contó con microscopios electrónicos de alta resolución, en la década de 1980, cuando se pudieron observar puntos borrosos, manchas, insinuaciones. Hoy en día se pueden obtener imágenes sorprendentes, aunque desde entonces supimos que el átomo se hallaba en el umbral de nuestra visión. El resto del mundo subatómico sólo puede «mirarse» por sus efectos, los rastros que las diversas partículas dejan en los diferentes detectores.

En 1911 el ilustre cazador de partículas, el neozelandés Ernst Rutherford, mostró al mundo su modelo atómico. Se trataba de «sistemas solares» en miniatura, con un enorme vacío entre los electrones «orbitando» el núcleo central. Dos años más tarde otro legendario físico teórico, Niels Bohr, desarrolló una minuciosa teoría de los electrones. En ella explicaba los espectros luminosos emitidos por ciertos átomos, en particular el hidrógeno. Si bien se trata de una teoría incompleta e incluso equivocada, pues en esa época no podían saberse muchos detalles de orden cuántico, las ideas de Bohr aún se encuentran en los cimientos de la concepción aceptada sobre el comportamiento de los electrones en los átomos, donde aparecen como «paquetes» de energía en «capas» a ciertas distancias del núcleo. Un electrón puede «saltar» de una capa a otra. Si gana energía, se desplaza a una capa más alejada del núcleo; si despide energía, brinca a una capa más cercana.

Lo platico con algunos estudiantes aquí, en el comedor central, quienes están de acuerdo en que una gran aportación de Bohr fue indicar que un átomo de determinado elementos sólo puede disponer de ciertos niveles energizados. Además, dichos niveles dependen de la carga positiva del núcleo. Al relacionar la energía de la radiación absorbida y emitida por los átomos con las propiedades de los núcleos que Rutherford había descubierto, el danés Niels Bohr, quien tuvo la fortuna de asistir a las primeras pláticas para fundar el CERN, terminó de ganarse un lugar en la historia de las partículas elementales.

Después de ingerir los únicos estimulantes aceptados por la comunidad, comer bien y tomar el sagrado café (puedo apostar que CERN se cuenta entre los sitios del mundo donde se consume más litros de café por hora), me dispongo a caminar hacia el jardín que rodea el edificio. Los andadores son de piedra volcánica. Aquí y allá se conforma un breve paseo de objetos que han servido a la investigación científica de altas energías desde que se abrieran estas puertas en 1954. Otra coincidencia: la fecha que tuvieron a bien mis padres traerme al mundo. En ese paseo se encuentra alguna cámara de niebla, otra de burbujas. También hay artefactos amigos de la radiactividad, lo cual me lleva a recordar a un joven alumno de Rutherford en su laboratorio de la Universidad de Manchester, Gran Bretaña. Harry Moseley estudiaba los rayos X emitidos por los átomos y dedujo que la energía de tales rayos sería equivalente a la cantidad de carga en los núcleos.

Moseley midió los espectros de los rayos X y descubrió que la carga positiva de cada núcleo es un múltiplo entero de la carga negativa del electrón. También halló que la cantidad de carga positiva aumenta una unidad, a medida que pasamos de un elemento al siguiente en la tabla periódica. Así encontró una clave esencial para cualquier químico y físico interesado: el número atómico. Rutherford descubrió poco más tarde que este número era el mismo para el conjunto de protones. Podemos inferir que el orden de la tabla periódica se mantiene debido al número de protones y electrones en el átomo.

Camino hacia el edificio del hotel mientras recuerdo el encuentro casual con Sir Peter Atkins en la Royal Institution de Londres. Iba yo acompañado de mi hija Ana, quien entonces tenía catorce años de edad. Al autor de un delicioso libro para entender la tabla periódica de los elementos le cayó en gracia que mis preguntas tuviera que responderlas a una niña y no a mí. Atkins se mostró afable mientras le explicaba a Ana las aventuras entre los elementos de la tabla. Para mí escucharlo era confirmar la culminación del dominio sobre el nivel atómico, que a principios del siglo XX parecía una bestia indomable.

Sigo por la avenida Wolfgang Pauli. La Ciudad Escéptica, como cualquier otra, rinde homenaje a sus benefactores, así que aquí hay una calle de Albert Einstein, una Ruta de Demócrito, un paseo de Rutherford, la avenida de Cockcroft-Walton, una rotonda Marie Curie. El físico austriaco Pauli realizó una importante contribución a la teoría atómica en 1921 cuando propuso un principio de exclusión en las diversas capas de electrones. En circunstancias normales los electrones tienden a llenar las órbitas más cercanas al núcleo. Entonces se dice que el átomo se halla estable, no importa si electrones en capas más lejanas estén «excitados» debido a que han absorbido energía. Pongamos el caso del hidrógeno, el cual en estado estable su único electrón sólo llena la mitad de la primera capa, mientras que el helio (con dos electrones) llena totalmente esa primera capa. O el del argón, elemento con 18 electrones que llenan cinco capas completas, mientras que el uranio, aunque posee 92 electrones en 18 capas, no puede acabar de llenarlas por sí solo. Cosas del destino, como que en la tarde apacible, fresca, con un cielo despejado y azul, existan personas que parecen hidrógenos, helios, argones y uranios.

Me acerco a la estatua de bronce de un Shiva donado por la embajada de la India en Suiza al CERN. La divinidad representa las sencillas verdades que los físicos cazadores de partículas, como Pauli, agregaron al manual de usuario de esta realidad. Para combatir la ignorancia Shiva aplasta al que niega verdades sencillas y es incapaz de expresarlas de manera simple. Tan contundentes como la sentencia atómica de Pauli: el que estén o no llenas las capas determina las propiedades químicas y físicas de los elementos. No solo eso, él y otros aprendieron que las órbitas de tales partículas alrededor del núcleo no son precisamente elipses majestuosas, como si de un sol se tratara. Por el contrario, un electrón puede moverse en forma caprichosa. De hecho, la ruta de cada uno de ellos es imposible de conocer. Y entre más nos empeñamos en aclarar su posición, más escurridizo se vuelve. Esta incertidumbre fue descubierta y articulada por el alemán Werner Heisenberg.

Llego a la calle que lleva su nombre. Vale la pena detenerse aquí porque no hay nada especial que lo recuerde, y al mismo tiempo todo es especial para entender lo que es: ni más ni menos que uno de los postulados básicos de la mecánica cuántica. Esta teoría, desarrollada entre 1920 y 1930, al principio parecía un constructo esotérico. Hacia 1950 se concebía como un manual en el que había que hacer a un lado la incertidumbre y poner atención a la probabilidad. Heisenberg desmenuzó el principio de incertidumbre en el mundo subatómico, de manera que otros pusieran cimientos confiables, como el descubrir que si bien el camino de cada electrón no es posible conocerlo con precisión, en cambio el promedio de las rutas de un millón de electrones en un millón de átomos puede llegar a describirse con sorprendente eficacia. La estadística al servicio de la humanidad.

Desde luego, la cuántica sólo expresa probabilidades, por ejemplo, de que ahora empiece a llover neutrinos o hamburguesas. Pero gracias al desarrollo de las matemáticas, desde el invento del cálculo por Newton y Leibniz, por un lado, y al impulso que generó el diseño y construcción de los aceleradores y detectores en el siglo XX, por otro, más las nuevas supercomputadoras a partir de 1970, esas probabilidades pueden calcularse ahora en varios dígitos. El desarrollo científico y tecnológico de los últimos cincuenta años nos ha permitido obtener un conocimiento exponencialmente mayor al que había sido acumulado a lo largo de toda la historia, de manera que el concepto tradicional de «precisión» ha quedado obsoleto. Quizá habría que acompañarlo del adjetivo «extrema».

Pasan dos ciclistas hechos la bala empeñados en alcanzar la velocidad de la luz. Antes a los físicos les gustaba comparar los grupos de electrones con una nube alrededor del núcleo. Quizá sería mejor pensar en la imagen borrosa que producen los rayos de una bicicleta a todo pedaleo. No podemos distinguir su movimiento individual pero sí el efecto generalizado de los movimientos repetidos. En 1997 la moda era ir a Fermilab, pues aún su magnífico y gótico Tevatrón estaba produciendo una física emocionante. Ese año se cumplió el primer centenario del descubrimiento del electrón. Era una buena oportunidad para recapitular sobre lo que sabíamos de él. Estable, ligero y con carga negativa, tiene nombre de súper estrella de rock. Es estable si consideramos que, de permanecer sin perturbaciones, podría vivir al menos una eternidad. A diferencia de la mayoría de las partículas no se convierte en ninguna otra. También se distingue del protón y del neutrón, ya que éstos sí se hallan constituidos por entidades aún más pequeñas, los quarks. Una cifra clave para los cazadores de partículas es 1836, pues el electrón pesa 1836 veces menos que un protón. Su ligereza los hace difíciles de manejar en el laboratorio. Aun así, sabemos algunas cosas de ellos.

Portan la carga eléctrica más débil que se halla detectado en aislamiento y, no obstante, mantiene un equilibrio con el protón, lo que, a grosso modo, explica la enorme solidez de un grano de arena. De hecho, la fuerza eléctrica entre electrones y protones dentro de un átomo es comparable a la fuerza gravitacional entre la materia masiva. Dicho de otra manera, en ese grano de arena las fuerzas son tan poderosas como el jalón gravitacional que ejerce un planeta del tamaño de la Tierra sobre un objeto que apenas pesa varios cientos de toneladas. Extrapolando un poco, un físico diría que un exceso de electrones en nuestro mundo haría que el Sol lo repeliera y saldríamos volando del Sistema Solar. Creo que es hora de ir a dormir.

Capítulo 4

La danza de las partículas

¿De dónde vienen los electrones? Los físicos piensan que la mayoría se creó en los primeros segundos después del Big bang o Estallido inicial, en un ambiente de inimaginable densidad y muy caliente. Entonces se hallaban acompañados de partículas iguales pero con carga eléctrica positiva, conocidos como positrones. Algo sucedió que provocó un desequilibrio entre la materia, tal como la conocemos, y la antimateria. Por fortuna para los seres materiales como nosotros, dado que cuando se encuentran materia y antimateria, se aniquilan y se disipan en forma de radiación. Sin embargo, aún siguen produciéndose positrones en el Universo. También los crean de manera artificial en sitios como el CERN.

Así que durante más de un siglo los electrones finalmente se volvieron fieles compañeros de los experimentos. Su ligereza permite acelerarlos con facilidad, además de que su carga eléctrica ayuda a darles un «empujón». Sabemos que cuando un electrón se halla en un campo eléctrico, experimenta una fuerza y se acelera. Millones de electrones en descargas continuas producen maravillosas imágenes en los microscopios electrónicos. En éstos, electrones energizados que se desprenden del espécimen o muestra forma su silueta y patrones que podemos reconocer e ilustrar.

Los electrones se utilizan para bombardear el núcleo de los átomos. El núcleo, más que una simple cápsula, se trata de un mundo diferente, en el que las fuerzas electromagnéticas y gravitacionales que gobiernan átomos, moléculas y objetos materiales más grandes sólo desempeñan un papel menor. Algunos pueden ser muy complejos, como el del bromo, que contiene 35 protones y 44 neutrones, o el del magnesio, con una docena de ambos. Así que ya podrá imaginar el lector lo que sucede cuando se hacen chocar de lleno átomos de tales elementos casi a la velocidad de la luz. Los núcleos se despedazan en docenas de fragmentos pero sólo los que están cargados eléctricamente dejan huella. Debido a la gran cantidad de carga eléctrica que contienen, cuando uno de estos núcleos pasa sobre una emulsión fotográfica, estas poderosas fuerzas ionizan átomos y dejan tras de sí un rastro que aparece cuando la placa se revela. Al menos así se hacía antes de la era digital, incluso hasta hace unos veinte años.

Vale la pena hacer notar que dentro del núcleo, protones y neutrones son distintos no sólo por su carga positiva y neutra, respectivamente, sino porque los físicos piensan que, de algún modo, los primeros son más básicos que los segundos. ¿La razón? Porque los neutrones libres decaen en protones y no al revés. En realidad, muchas de las partículas exóticas que aparecen en el Universo terminan convirtiéndose en protones, el cual ha resultado ser el miembro más liviano de una familia de partículas llamadas hadrones, pues todas ellas se encuentran formadas por tres quarks. Los animales y los humanos, por ejemplo, somos seres hadrónicos.

La materia no sería tan estable si no fuera por la neutralidad que aportan electrones y protones, aunque hasta hace pocas décadas los científicos creían que estos últimos, al igual que los electrones, podrían vivir para siempre. Algunos creen que, por el contrario, podrían decaer después de 10^17 años, pues de otra manera nuestros cuerpos serían muy radiactivos. Dado que la vida de las partículas es sólo un promedio y que un cuerpo humano contiene unos 10^27 protones, eso implicaría que una buena cantidad de protones comenzaría a transformarse en otras partículas durante la vida de una persona que hubiera alcanzado ¡los 70 años de edad!

Entre los físicos hay maniáticos de las extrapolaciones mesuradas con base en hechos reales. Algunos de sus experimentos sugieren que los protones deben vivir al menos 10^32 años, lo cual significa 10^22 veces más la edad estimada del Universo. Una paradoja digna de Bolzano, Dedekind y Cantor, matemáticos que tomaron el toro del infinito por los cuernos.

Los neutrones son 0.1% más pesados que los protones, suficiente para que su masa total supere la de un electrón y un protón juntos. Esto facilita que en algunos casos los neutrones lleguen a desestabilizarse. Así las cosas, un neutrón que ande pajareando por ahí, solitario, por ejemplo, en las inmensidades de un anillo acelerador, tardará 15 minutos en decaer y transformarse en un protón y un electrón. Si bien los protones dejan huella, los neutrones serían una especie de hombre invisible, pues sentimos su presencia en forma indirecta cuando nuestro cuchillo-acelerador de partículas y sus ingeniosos detectores, desde las primitivas emulsiones fotográficas hasta los sofisticados dispositivos electrónicos, se topan con un bulto que los delata.

Una forma de detectarlos, me explicó en su momento Marcello Maggi, líder de ALEPH, apasionante experimento del viejo LEP (Gran Colisionador de Electrones y Positrones), es cuando se agregan a un protón a fin de formar un isótopo del hidrógeno, como el deuterio (que tiene un protón y un neutrón) o el tritio (un protón y dos neutrones). Los neutrones no añaden carga alguna al protón pero sí masa, por lo que éste se vuelve más pesado. A diferencia del protón, que debido a su carga es repelido por las fuerzas eléctricas alrededor del núcleo, los neutrones, cuya velocidad es menor, pueden aproximarse y penetrar el núcleo. Esto modifica su estructura interna y crea nuevos isótopos.

Recurro a mis apuntes de esos primeros días escritos a mano, contenidos en hojas impresas con toda clase de impresoras arcanas antediluvianas, en notebooks del año de Mari Castaña, almacenados en prehistóricas Moleskine, plasmadas en antiquísimas fotografías analógicas digitalizadas y otras ya digitales, en película y en video. Por momentos hubo que hacer una labor de arqueología cibernética para rescatar información valiosa de los empolvados discos flexibles y discos duros que luego pasaron por una especie de paleografiado. Aparecieron trozos de textos, secuencias de imágenes truncas, por ejemplo, un apunte inconexo anterior a mi primer viaje a Fermilab, en 1992, sobre lo que sabíamos dos años atrás de gravitomagnetismo, esto es, una serie de analogías que «emparentan» las ecuaciones de onda de Maxwell con las ecuaciones de campo de Einstein. Los físicos utilizan el efecto que causa el magnetismo sobre una carga eléctrica en movimiento para referirse al efecto cinético de la gravedad. Es decir, ¿la gravedad tiene un equivalente magnético? Ahora sabemos que este efecto lo causan estrellas y planetas al girar, y fue comprobado por la sonda Gravity Probe B en 2014.

Aparecen otros fragmentos sobre las súper cuerdas, que en los próximos años volverán a ponerse de moda. Enseguida una idea del «hágalo usted mismo» frente a la Big Science como la que se practica en la Ciudad Escéptica. Luego un error del tipo 27. La vida digital es frágil. Apuntes para una historia de Buckminster Fuller. Cosmología y probabilidades de encontrar vida en otros planetas. De pronto, una errata memorable. En un artículo de investigación podía leerse «la ecuación es igual a cedro», en vez de decir: «la ecuación es igual a cero». Por tanto, «el infinito deber ser igual a un cedro». Ahora en la pantalla se ilumina una frase: «Eros es el padre de las ciudades, Auden». Y Whitman era un neoyorquino que sabía todo lo que ocurre en una gran ciudad. Enseguida me topo con la introducción de una conferencia que ofrecí a alumnos de doctorado de Historia de la Universidad de Columbia (NY), durante mi segundo viaje a Fermilab en octubre de 1992. La plática tuvo como tema la obra de los cronistas del siglo XVI en América.

En efecto, en algo se parece al periplo atómico, la crónica del viaje a las tierras ignotas de lo increíblemente pequeño. Un aldeano como yo podía mirar de cerca a los Tristán, Beowulf, Amadís de la física cuántica pues sus hazañas y reciedumbre habían sido superadas por los Cortés y Pizarro de nuestros días. Tres siglos más tarde Emerson y Nietzche ofrecieron al mundo de los comunes una nueva posibilidad de conquistar lo heroico y acariciar lo divino mediante la figura del pensador, aquel «súper hombre» que hoy debe ser más que eso si pretende sobrevivir en la feroz lucha por un sitio en la Ciudad Escéptica.

Gracias al espíritu de puertas abiertas de CERN, basado en la imaginación y el trabajo continuo, pude ganarme la entrada al tiovivo de las partículas elementales. Comprendí las razones y las condiciones por las cuales «el súper hombre» es una metáfora de los cazadores de partículas, quienes a veces, muy pocas, se «enganchan» en una carrera de velocidad para probar la potencia de sus muslos. Por lo general prefieren una carrera de maratón, un trabajo colectivo paciente y cargado de brillantez, de ser posible todos los días, por favor. Rutherford tenía un letrero luminoso en su laboratorio pidiendo a todo mundo hablar con gentileza. Sobre todo, si no se tenía nada importante que decir, mejor había que mantener cerrado el pico y tratar de aprender.

Mientras estudiaba las familias de partículas que pueblan el Universo, tratando de entender las fuerzas que las mantienen en interacción, de comprender la manera como se había construido la teoría englobadora y más probada de la historia, el Modelo Estándar de la materia, el chaneque de Heráclito comenzó a saltar desde las entrañas de la tierra, en la frontera suizo-francesa donde sucede una historia de juventud: La salamandra, película en blanco y negro de la década de 1960, dirigida y escrita por el ahora célebre ginebrino Alain Tanner, heredero del cine rebelde de otro ginebrino famoso, Jean-Luc Goddard. A ella me referiré más adelante.

Hacia Prévessin se localiza el sitio de ALICE (A Large Ion Collider Experiment), no lejos de Saint-Genis Pouilly. En medio de una lluvia renovadora percibí el espíritu de Heráclito, el Gran Obscuro, quien nunca supo que la producción de isótopos radiactivos gracias al conocimiento emprendido en su momento por Leucipo y Demócrito iba a ser usado para combatir males y enfermedades dos mil quinientos años después. Pero no creo que le hubiera causado sorpresa. Ni tampoco se habría desconcertado al saber que, al mismo tiempo, otra de las consecuencias de esta capacidad de penetración del neutrón es que puede dividir el núcleo del uranio 235, lo cual libera energía y más neutrones. Una cantidad adecuada puede provocar una reacción en cadena, en la que los neutrones se multiplicarán hasta que causar la fisión de más y más núcleos. Finalmente, una explosión de energía. Así funcionan las bombas de ese tipo.

«La guerra es la madre de todo, la reina de todo, y a unos los ha convertido en dioses y a otros los ha hecho hombres. A unos les ha tendido una trampa y los ha convertido en esclavos, a otros la misma trampa los ha llevado a la libertad», leí en los fragmentos de Heráclito, traducidos por José Gaos, en un café de Bel-Air, al otro lado del lago Leman. El filósofo antiguo también dijo eso de que nadie se baña en el mismo río dos veces, aunque lo parezca. Ergo, los átomos se transforman. ¿Pero ese devenir es infinito hacia el pasado y el futuro? ¿O hubo un comienzo y entonces tendrá un fin? Estando presentes, estamos como ausentes, diría Heráclito, ya que este mundo no lo hizo ninguno de los dioses, ni mucho menos los humanos, sino que por siempre ha sido, es y será un fuego vivo.

Regresemos a los electrones. Por lo general son invisibles, pero si alguno de ellos abandona su órbita, emitirá un fotón. Según la intensidad de su energía, lo percibiremos como microondas, radiación infrarroja, es decir, calor, o como radiación ultravioleta, como luz o rayos X. Nuestros sentidos sólo captan de manera directa y como una corriente continua la luz visible y el calor de los rayos solares. Por ello estos dos fenómenos, al igual que cualquier forma de radiación electromagnética, puede describirse en función de ondas que vibran, es decir, oscilaciones de campos magnéticos y eléctricos entrelazados. Las herramientas cuánticas nos permiten concebir la luz como un estallido repentino de partículas con masa cero. Esto es, fotones.

No es posible comprender los alcances del aquelarre que se ha llevado a cabo en estos laboratorios si no tenemos una idea razonable de las fuerzas que gobiernan la danza de las partículas, aquí y en los confines del cosmos. Desde nuestra óptica cotidiana, la gravedad es la fuerza más evidente y enigmática, pues no se conoce alguna partícula que la anime, un gravitón que interactúe con el resto de la materia. Sin embargo, por su peso en la realidad, es considerada la primera y la que da fundamento al Universo. Enseguida aparecen los fenómenos electromagnéticos, muchos de los cuales también son evidentes a simple vista. Ya en el rango atómico aparecen la interacción nuclear fuerte y la interacción nuclear débil.

Por extraño que parezca en una primera impresión, la gravedad, que influye en todas las partículas del Universo, resulta ser la menos importante a nivel atómico. La interacción gravitacional gobierna la mecánica celeste pero no tiene efectos notables en el mundo microscópico. Si bien a un átomo le tiene sin cuidado y podemos toparnos sin problemas con él, en el caso de millones de millones de ellos aglomerados en un objeto u organismo vivo sería mejor no pasarla por alto.

La interacción electromagnética es obvia en las partículas que llevan una carga, como el protón y el electrón. Permite que los átomos estén unidos y, en principio, es responsable de la aparición de fenómenos vitales, desde los ciclos como el del agua, el nitrógeno, etcétera, hasta la evolución de las especies en la Tierra. Al igual que la gravedad, influye en todas las partículas universales, aunque no es tan débil. En cuanto a la interacción fuerte, es responsable de que protones y neutrones mantengan cohesión en los núcleos. Dado que actúa a una distancia de 10-13 cm, la repulsión electromagnética de los protones a esa pequeñísima distancia no puede superar dicha interacción, ya que la atracción fuerte es cien veces superior.

Por último, la cuarta fuerza o interacción fundamental es la débil e interviene en ciertos procesos radiactivos, así como en el equilibrio energético del Sol. Es un millón de veces menor que la fuerte y actúa a una distancia aún menor que la interacción fuerte, a 10-16 cm. No obstante, gobierna la conducta de los neutrinos, escurridizas partículas que intervienen en la explosión de las supernovas, estrellas que en sus estertores arrojan un niebla de millones de dichas partículas, mientras que en su interior contienen carbono y oxígeno. Esta fuerza débil es una clave para entender por qué el Universo visible está hecho de materia y no antimateria. En la escala de las más altas energías la interacción débil agiganta su presencia. De hecho pareciera que cada escala necesita de su propia interacción, mientras que las otras pasan a segundo término.

Uno de los desafíos más complicados para los cazadores de partículas es demostrar que estas cuatro fuerzas fundamentales o interacciones son diferentes facetas de una sola fuerza única. La idea que dominó por algunos años la labor de Albert Einstein fue, precisamente, unificar los campos correspondientes a dichas fuerzas. Este sueño no se ha cumplido pero inspiró a gente como Steven Weinberg, Abdus Salam y el ya mencionado Sheldon Glashow. La avenida de Salam mira hacia los Jura, ese macizo montañoso que rodea Ginebra por el lado francés. Abdus ha sido el único científico del mundo musulmán en obtener el Premio Nobel. En 1979 ese trío genial recibió dicho galardón por haber formulado una teoría unificada de la materia. Desde entonces el trabajo de muchos físicos brillantes y meticulosos ha desembocado en un conjunto de teorías que, dijimos, se conocen con el nombre de Modelo Estándar.

La materia está constituida de átomos y dentro de ellos hay electrones que vibran en capas definidas alrededor de un núcleo, hecho a su vez de protones y neutrones. Todas esas partículas pueden existir durante largo tiempo sin cambios. Hay otras, sin embargo, que no son tan estables y se transforman por sí mismas en otras, todo en una pequeñísima fracción de segundo. De acuerdo al Modelo Estándar los quarks no andan libres, los acompañan los leptones y los bosones de norma o intermediarios, que durante muchos años fueron necesarios desde el punto de vista teórico para mantener la coherencia del Modelo Estándar. Con el descubrimiento del bosón de Higgs el 14 de julio de 2012 el cuadro quedó completo. O casi, dado que conforme el acelerador llamado Gran Colisionador de Hadrones (LHC) alcance cada vez mayor energía e intensidad podrían encontrarse nuevas familias de partículas.

Entre los bosones se incluye los fotones, que sirven de intermediarios en la emisión de luz. Esta familia de partículas nos remite a la obsesión del personaje de la novela Atlas occidental, mencionada antes, y a uno de los fundamentos conceptuales de esta ciencia experimental: la simetría y la idea de la invariancia. Cuando hablamos de un patrón simétrico queremos decir que su forma no cambiará si la invertimos o si la reflejamos en un espejo. En cada caso podemos definir aquellas operaciones respecto de las cuales la forma es simétrica. Así, un rectángulo es simétrico con respecto a una rotación de 1800 alrededor de su centro. Los físicos han extendido este concepto más allá de su ámbito geométrico, pues piensan que es posible mantener intactas las leyes de la naturaleza si se aplican determinadas operaciones traídas del reino de las matemáticas. Pueden afirmar que casi todas las leyes de la conservación responden a cierta simetría elemental, esto es, a un principio de invariancia.

Las partículas que conocemos en el Universo se agrupan en dos familias: leptones y quarks, más el grupo de bosones intermediarios. El más conocido de los leptones es el electrón, quien tiene dos primos cercanos y más pesados: el muón y la partícula tau. Sobre todo esta última posee una masa mucho mayor que el electrón. Cada una de tales partículas tiene un socio, llamado neutrino, por lo que se conocen como neutrino del tau, neutrino del muón y neutrino del electrón.

Una segunda familia es la de los quarks, que cuenta con seis miembros, esto es, tres partículas con su respectiva antipartícula: up (u), down (d), charm (c), strange (s), top (t) y bottom o beauty (b). Los nombres de estas partículas no tienen que ver con lo que denotan en la vida diaria, sino con una forma simple de memorización y, desde luego, para evocar la simetría que guardan.

De esta manera, sabemos que los protones y neutrones están hechos de quarks up y down. Pero en 1993 no se había descubierto el último de ellos, el top. Un año más tarde, en el detector CDF, montado sobre el acelerador Tevatrón de Fermilab se vio por primera vez dicho quark. Meses más tarde, en el experimento D0 del mismo Fermilab investigadores de todo el mundo corroboraron su existencia. Dos de ellos eran jóvenes mexicanos: Heriberto Castilla Valdez y Gerardo Herrera Corral. Ese año mi inquietud como escritor me llevó a aceptar la corresponsalía de la nota de color para Notimex durante el Mundial de futbol de Estados Unidos 1994. Recuerdo que saber de futbol no fue la clave que me valió ganar el trabajo, sino saber de ciencia y de cómputo en un año en el que apenas estaban apareciendo en el mercado los primeros módems externos de 14.4 Kbps y los mismos investigadores de muchas áreas fuera de la física y las matemáticas detestaban los ordenadores personales.

Así pude rentar un automóvil descapotable y alcancé a Gerardo Herrera en Brookhaven, muy cerca de Woodstock, al norte del estado de Nueva York. El Laboratorio Nacional Brookhaven se dedicó a la física subatómica hasta que su acelerador se volvió obsoleto, por lo que fue transformado en un centro interdisciplinario. De regreso le di un aventón y, dado que su hermano y la esposa de éste venían de Toulouse, y además que habían reservado en un hotel caro y que ninguno de ellos había pateado antes las calles de la Gran Manzana, se me ocurrió apuntarme como guía. Sugerí que lo más práctico sería hospedarnos en el mismo hotel. Si la suerte estaba de nuestro lado, habría habitaciones disponibles en Leo House, un hostal de jesuitas, al que llegaba mi hermana Rosalía cuando se daba sus escapadas a reír y comprar entre Chelsea y Battery Park. De esa manera dio inicio una gran amistad y pude conocer de primera mano los sentimientos de sorpresa, frustración, ánimo, duda, determinación que acompañan a los cazadores de partículas elementales. Era como ser el copiloto de navegantes extremos, pues ¡qué más extremoso que el ámbito de los quarks!

Es importante notar que casi siempre aparecen en el Universo en racimos de tres o en parejas pero nunca solos. En 2015 se encontraron en el LHC racimos de cuatro y cinco quarks. El protón está hecho de dos quarks up y uno down, mientras que el neutrón lo constituyen, confinados dentro de él, dos down y uno up. La fuerza fuerte que los hace interactuar es tan potente que no deja que podamos separarlos, al menos no hasta ahora. Cuando se acelera un protón mediante altísimas energías (para sus dimensiones) y se estrella con otro protón, lo que aparece en los registros no son las huellas de quarks, ya que éstos se recomponen en nuevos pares y tríadas.

A otras propiedades de los quarks se les conoce como «sabores» y «colores». Mientras que el color es la propiedad de las partículas para «sentir» las interacciones nucleares fuertes, al igual que la masa es la propiedad de las partículas que las hace sensibles a la gravedad. El sabor es una característica intrínseca de los quarks, como lo es el espín. Semejante característica distingue las fuerzas fundamentales de las partículas materiales. Muchas de éstas se comportan como si fueran trompos. Ahora bien, la teoría cuántica indica que no les está permitido girar a discreción. Están obligadas a hacerlo a velocidades «autorizadas», específicas para cada clase de partícula.

El espín es una cualidad ligada al concepto de partícula subatómica. Por ejemplo, tomemos un neutrino, cuya masa es cero. Su espín y la velocidad de la luz, que es constante, se combinan de tal manera que surge un nuevo atributo, al que se llama quiralidad. Esto hace que la dirección del espín sea unívoca (en contra o a favor de las manecillas del reloj) conforme se mueve la partícula en cuestión. Una vez más se asoma el concepto de invariancia.

Podemos esperar que las doce partículas elementales del Universo conocidas hasta hoy (y su respectiva antimateria) interactúen unas con otras a través de las cuatro fuerzas a las que hice referencia antes. Pero eso no es del todo cierto, pues si la gravedad interactúa con todo lo que tenga masa, lo hace con los seis quarks y tres leptones (el electrón, el muón y el tau), y no con los neutrinos de cada uno de estos leptones. Y es que poseen tan poca masa que, por razones puramente prácticas, se considera que no están sujetos al efecto de la gravedad. Lo mismo sucede con la fuerza electromagnética, la cual interfiere sólo con aquellas partículas cargadas. Esto es, los mismos seis quarks y leptones pero no con los neutrinos. La fuerza fuerte interactúa sólo con los quarks. La fuerza que interactúa con las doce partículas es la fuerza débil. Visto así, se trata de la única fuerza que afecta las acciones de los neutrinos.

Lo curioso es que estas familias se relacionan de manera indirecta, intercambiando una especie de «regalos», como diría un físico. Son otra clase de partículas las que, en efecto, establecen la interacción. El electromagnetismo se manifiesta mediante el fotón. La fuerza fuerte la aplican los ocho gluones conocidos, mientras que la fuerza fuerte es responsabilidad de los bosones W+, W- y Z0. Los físicos piensan que la gravedad interactúa a través de su propia partícula, el gravitón, pero aún no se encuentran pruebas experimentales de su existencia. También las partículas intermediarias a veces se comportan como ondas. Eso le sucede al fotón, de pronto lo detectamos en forma de onda electromagnética propagando su interacción por el espacio a la velocidad... ¡de la luz!

Entre 1974 y 1984 hubo tantos progresos en esta materia que ha sido considerada una década de oro. En esos años se descubrió una nueva clase de interacción, la corriente neutra. Antes de que tal interacción débil de corriente neutra apareciera en escena se pensaba que todas las interacciones débiles cambiaban la carga eléctrica de las partículas participantes en dicha interacción. Así, un neutrón, que es eléctricamente neutro, puede decaer en un protón con carga positiva debido a que las partículas que establecen la interacción, los bosones W+, llevan una carga positiva del quark down en el neutrón hasta el quark up, que se halla dentro del protón. El decaimiento también da lugar a un electrón, con su carga negativa, y un antineutrino, eléctricamente neutro, de manera que la carga total de los tres subproductos de la interacción es igual a la carga del neutrón original: cero. Se dice entonces que esa interacción es de corriente cargada.

Hasta donde se sabe el intercambio de bosones Z0 en este tipo de interacciones parece ser crucial durante las explosiones de las supernovas. De hecho, esta interacción de la fuerza débil es la causa de los decaimientos radiactivos que tienen lugar en la física nuclear. Las siglas del CERN, Centro Europeo de Investigaciones Nucleares, aluden a esta época en que los cuchillos de Demócrito apenas alcanzaban este nivel de realidad.

Cuando el núcleo de un átomo se fragmenta por el proceso de fisión débil, se dice que el núcleo ha decaído, y en ese evento interviene un bosón W. Se trata de una interacción de corriente cargada. Dicho sea de paso, esto era lo que estaba en el fondo de la radiactividad descubierta accidentalmente por Henri Becquerel, en 1896. El proceso inverso es la fusión, que se produce cuando dos núcleos ligeros se funden, generan un núcleo más pesado y liberan energía. En 1933, casi cuatro décadas después del descubrimiento de Becquerel, Hans Bethe mostró que el Sol (¿cómo ocultarse de lo que nunca duerme?, diría Heráclito) obtiene su poder de la fusión de núcleos de hidrógeno. Se sabe ahora que esta clase de fusión también es una interacción de corriente cargada.

Capítulo 5

Mundos y anti mundos

Cuando empecé a escribir en 1992 estos «diarios de los días del átomo» el internet era una cosa privada, herramienta de unos cuantos iniciados en la física de partículas elementales, más dos o tres curiosos. Casi no había teléfonos celulares o móviles. Tampoco existían las redes sociales, ni mucho menos las tabletas interactivas. Tocar la pantalla de tu computadora para pedirle un dato era un sueño guajiro. Quienes habíamos conseguido una computadora en 1983 éramos vistos como alienígenas ociosos. ¡Nadie sabía instalar un disco duro!

Incluso en los sitios de vanguardia como Fermilab, DESY, KEK y CERN muchos artefactos eran analógicos y muy pocos digitales. Investigadores de diversas ciencias abominaban del martirio que significaba aprender el cómputo personal en esos primeros días. Como novelista interesado en la comprensión pública de la ciencia y la tecnología sentí que me había metido en el ojo de un huracán aunque benigno, más bien alucinante y aleccionador. Aprendí cosas raras y dispares: algo de los lenguajes de programación, un poco de física atómica, otro de cuántica, tantito de Lagrange y amigos. Exploré la electrónica de diversos artefactos como un diletante, qué va, como un ignorante curioso, un testigo mudo del evento social que estaba aconteciendo.

Un año más tarde, en 1993, tuve una feliz coincidencia en la Universidad de Cambridge con Andrew Pickering, autor de un clásico fundacional de la sociología de la ciencia. Su Constructing Quarks (1984) me había parecido iluminador. Si bien no entendía mucho de la jerga académica, supe que había que hacer «vida de laboratorio», visitar un sitio lo suficientemente interesante e imaginativo, cordial y serio como para tener ganas de regresar. Había que contar con la virtud de la paciencia, me advirtió Pickering durante una velada en el célebre pub Eagle, según él la única manera de descubrir con el paso del tiempo las sutiles relaciones sociales, jerarquías y privilegios que se tejen en sitios de élite intelectual y ostentación económica como el CERN. Los investigadores no son meros seres pasivos que se limitan a reportar lo que sucedido en los experimentos, sino agentes sociales con ambiciones y miedos. Cabe aclarar que el pub Eagle de Cambridge se hizo famoso porque ahí se reunían James Watson y Francis Crick a fin de ventilar las ideas que los llevaron a dilucidar la estructura del ADN.

Al mismo tiempo que preparaba mi desayuno, a veces con físicos hindúes, en ocasiones con japoneses, alguna vez con turcos, italianos y españoles, algún otoño con israelitas y griegos, un año extraordinario, incluso con dos iraníes, comencé a interesarme cada vez más en las minucias del asunto atómico, en los chismes cuánticos, en los sucesos poco ordinarios del mundo newtoniano. Por ejemplo, leí con pasión jarocha acerca del descubrimiento del positrón y el muón, ya que esto planteó nuevas interrogantes a los investigadores. Si bien los átomos que conocemos poseen electrones cargados negativamente y protones positivos, ¿por qué no habría de existir electrones positivos y protones negativos? Lo importante es el equilibrio, la simetría, la estabilidad, aunque sea temporal.

Hacia 1928 un físico teórico de Cambridge, Paul Dirac, combinó la teoría de la relatividad especial, de Albert Einstein, con una serie de ecuaciones que gobiernan el comportamiento de los electrones en un campo magnético. De ello derivó una interesante conclusión: deben de existir partículas con idéntica masa que el electrón pero con carga opuesta. Bajo la suposición de que la energía del Universo cambia constantemente de forma pero no se pierde ni se gana en la suma total, Carl Anderson llevó a cabo un experimento en 1932.

Conocemos la conversión de la energía eléctrica en luz, como sucede en un foco. También sabemos que hay conversión de energía química en calor cuando prendemos fuego. La materia sería una especie de energía congelada. Así que el descubrimiento del electrón por Anderson mostró que el genial Dirac tenía razón. Además, que existía otra forma de transformación energética: energía radiante en materia (electrones) y antimateria (positrones). La teoría de Dirac sólo se refería a los electrones y positrones, aunque hoy sabemos que puede aplicarse al protón, al neutrón y otras partículas que tienen equivalente en el anti mundo. Y, como el lector podrá suponer, en la Ciudad Escéptica hay una avenida con el nombre de Dirac.

Esto ha permitido a los cazadores de partículas emplear electrones y positrones como herramientas que les lleven a crear nuevas formas materiales y anti materiales. Al acercar lo suficiente un electrón y un positrón ambas partículas se aniquilan y se convierten en energía. Dicha energía puede reaparecer en forma de materia pero no necesariamente como un par electrón-positrón. Mientras no se viole la ley de la conservación de la energía pronunciada por Einstein (E = mc2), cualquier variedad de partícula podrá surgir. No tenemos evidencia de que existan grandes cantidades de anti átomos en algún lugar del Universo. Pero en la Tierra los físicos los producen casi en forma cotidiana.

Durante la década de 1950 los detectores revelaron la presencia de muchas más partículas provenientes del cosmos. Ninguna de ellas había sido pronosticada por las teorías en boga. Una de ellas, el muón, era tan inesperado que el físico Isidore Rabi exclamó: «Pero ¡quién la mandó llamar!». Si bien los ingredientes básicos de la materia común son los electrones, protones y neutrones, el cosmos está más bien hecho de muones. Son muy parecidos al electrón, pero con una masa más pesada y tampoco son elementales, provienen de otra partícula llamada pión.

Al igual que en una pieza de ciencia ficción, núcleos atómicos del espacio sideral chocan con la atmósfera superior de la atribulada Tierra y producen una serie de amenazantes piones. Pronto, estos invasores decaen y provocan una lluvia de muones negativos y positivos que bañan el planeta sin parar. El muón no es, sin embargo, una partícula estable. Los muones negativos decaen en un electrón, un neutrino y un antineutrino. En cambio los muones positivos se convierten en un positrón, un neutrino y un antineutrino. Esto sucede luego de que el muón ha estado en reposo ¡2.2 microsegundos! Pero cuando se halla en movimiento, al igual que todas las partículas en el Universo conocido, experimenta el imperceptible retardo del tiempo que dicta la teoría de la relatividad einsteniana. La mayoría de los muones cósmicos decaen durante su vuelo a través de la atmósfera, pero aquellos que poseen mayor energía sobreviven lo suficiente para penetrar cientos de metros en nuestro planeta.

Tengo oportunidad de comprar mis alimentos en el centro de Ginebra y me detengo a mirar el chorro de agua que se eleva doscientos metros por la acción de una bomba. El reflejo de la luz del día en el agua, sobre los edificios, automóviles, personas, calles, anuncios comerciales me hace pensar en qué pasa cuando hacemos vibrar electrones. Emiten radiación electromagnética, por ejemplo, ondas de radio en frecuencias determinadas. Si, en cambio, rompemos la tranquilidad de unos protones, lo que tendremos no es este tipo de radiación electromagnética sino piones. Cuando se perturba el campo de fuerza asociado con el protón se obtienen piones, y entre más intensa es la perturbación, más piones obtendremos. Los choques entre rayos cósmicos y la atmósfera superior de la Tierra producen piones positivos, negativos y neutros en grandes cantidades. Sin embargo, son inestables y decaen rápidamente. Sus hijas y nietas conforman casi toda la radiación cósmica que se halla cerca del nivel del mar.

Dentro de un núcleo los piones forman una red invisible, evanescente, con los protones y neutrones, a los que mantienen cohesionados. Sólo en el momento en que se hacen chocar partículas a muy altas energías podemos ver libres estos piones. En octubre de 1946, George Rochester y Clifford Butler (U. de Manchester), observaron algo inusual en su cuchillo-detector, en ese entonces una cámara de niebla. Dos rastros se desprendían en dirección distinta por debajo de la placa de plomo, a pesar de que habían salido del mismo punto como si surgieran de la nada. No se trataba de protones sacudidos por el gas, pues la ionización y las curvaturas que aparecían en los registros implicaban que por ahí habían pasado partículas de masas mucho menores. En los meses siguientes Rochester y Butler calcularon que dos partículas pueden ser, a su vez, resultado de una partícula neutra con una masa unas 800 veces la del electrón, algo muy diferente a todo lo que habían visto antes. En mayo del año siguiente fueron testigos de un suceso similar. Luego de calcular ángulo y energías, descartaron que esto pudiera ser causa de la dispersión de partículas ya conocidas. Lo que vieron fueron las primeras huellas del decaimiento de un nuevo invitado a la fiesta: el kaón.

Se trataba del primero de una serie de rayos cósmicos conocidos como «extraños», ya que su vida media es mayor a lo esperado, precisamente un millón de billones de veces más de lo que se creía. Aquí no importan las cifras espectaculares, al menos no para un escritor curioso, sino el grado de precisión que ya habían alcanzado los físicos interesados en las entrañas de la materia a mediados del siglo XX. Al igual que el pión, es producto de la interacción fuerte; a diferencia de él, el kaón decae a través de dicha interacción. Como hemos visto, el pión no puede decaer en términos de la fuerza fuerte porque es la más ligera de las partículas sujetas a esta interacción. En cambio el kaón más pesado debería transformarse, vía la interacción fuerte, en piones, todo en 10-23 segundos.

Pero en los kaones y otras partículas algo parece interrumpir la interacción fuerte. Y esto es lo que, a primera vista, parece extraño. Lo bueno de estar semanas enteras dentro de la Ciudad Escéptica es que mis dudas e ignorancia pueden aliviarse con relativa prontitud y sin tener que recurrir a una base de datos computarizada sólo digital, sino a una analógico-digital, esto es, a una o a un investigador humanos. Para ilustrar la magnitud de tal suspensión de la fuerza fuerte, es como si Cleopatra descendiera de su embarcación en el año 40 antes de nuestra era ¡y aún hoy no hubiera llegado a tocar con sus divinos pies el agua!

El misterio de esta lenta agonía empezó a ser explicado a principios de la década de 1950, cuando un grupo de partículas extrañas apareció mientras se indagaban los rayos provenientes del espacio exterior. Después del kaón apareció la partícula lambda que, por cierto, en diversos registros parece dibujar su propio nombre en griego. Es extraña porque vive 10-10 s pero, a diferencia del kaón, es más pesada que el protón y el neutrón. Esto llevó a Murray Gell-Mann, Nishijima y Nakone a proponerla como una nueva propiedad de la materia, igual que la carga eléctrica. Así como ésta se conserva, de igual forma la extrañeza no desaparece cuando la interacción fuerte se pone en marcha.

Un pión y un protón, por ejemplo, no poseen extrañeza. Si chocan y producen un kaón neutro, con extrañeza + - 1, entonces, por razones de equilibrio, aparece también una partícula lambda con extrañeza -1. Desde entonces los cazadores encuentran siempre partículas extrañas en parejas, nunca en solitario.

Minucias, eso es lo que descubre uno en el quehacer cotidiano. A veces me sorprendí a mí mismo cabeceando en la biblioteca, la única que está abierta 24 horas mientras el CERN siga operando. Cobijado por obras de Feynman y muchos otros que jamás entenderé, con la luz del Sol entrando con suavidad e indulgencia, dormité al menos una docena de veces durante los últimos 15 años. Otra ventaja de tener todo a la mano es que podía bajar por un café express doble o un chocolate negro, con 98% de cacao, y entonces, listo, a seguir trepando por la escalera del Universo, a convivir con los cazadores de las galaxias y de los puntos más diminutos que, amigo lector, no alcanzo a imaginar. Una gran noticia me esperaba al respecto. ¡No era necesario que me cansara imaginando! Los físicos de partículas lo habían hecho por mí, mostrándome por qué asuntos bizantinos, en apariencia, resultaban herramientas útiles para comprender la mecánica del asunto. Después de todo, estábamos hablando de lo más grande y lo más pequeño al mismo tiempo.

Entonces concluyo el asunto de los rayos cósmicos. Hay que hacer notar una diferencia importante entre dos propiedades de la materia, como son la carga eléctrica y la extrañeza. Hasta donde sabemos, la primera se conserva en cualquier circunstancia. Un electrón desaparece del Universo solo cuando se aniquila al chocar con un positrón. En cambio la extrañeza se conserva únicamente en interacciones fuertes. Una vez creadas, dos partículas extrañas toman su propio camino y, por lo común, decaen a causa de la fuerza débil. Las partículas más pesadas, xi y sigma, pueden transformarse en extrañas más ligeras (kaones y lambdas), siempre y cuando se conserve esta peculiar propiedad de la materia.

Descubrir qué sucedió con toda la antimateria que alguna vez existió en el Universo es una de las grandes interrogantes derivadas de las ideas de Leucipo y Demócrito, y los seguidores del atomismo a lo largo de estos veinticinco siglos. Desde 2009 a la fecha un grupo de físicos alrededor de un fino experimento, llamado LHC-b, estudian por qué se rompió la simetría entre la materia y la antimateria. Otros, agrupados en la figura del Premio Nobel Samuel Ting, están buscando respuestas directamente fuera de la Tierra. Para ello construyeron el experimento AMS.

Una rama fascinante de la física hoy en día es la detección de partículas subatómicas en el espacio, misión del Espectrógrafo Magnético Alfa (AMS). En uno de mis viajes al CERN, en abril de 2000, una época en la que no pasaba nada allí, pues el acelerador LEP había sido desmontado y aún no se sabía cuándo habría de terminarse de armar el nuevo LHC, me topé con que el primer detector de antimateria fuera de nuestro planeta había llegado a Ginebra. La suerte permitió que uno de los líderes del experimento, Joseph Burger (MIT), me invitara a conocer el AMS I, luego de haber volado en el transbordador Discovery, en junio de 1998, y haber sido ser examinado por la NASA durante este periodo.

No es ocioso recordar que cuando se quiere observar hacia lo más profundo de la materia es necesario alcanzar rangos de energía fabulosos. Las partículas que se producen en CERN viajan prácticamente a la velocidad de la luz y su existencia es de apenas unas millonésimas de segundo. Los aceleradores son fábricas de partículas y los detectores, una especie de finísimos cuchillos para «rebanar» la numerosa variedad de entidades que surgen de ahí y registrar su huella. Pero como sabemos que existen otros chorros de rayos y partículas, antipartículas y materia oscura, se han ideado detectores de diversa índole. Uno de ellos es el espectrógrafo construido por el equipo del físico norteamericano de padres chinos Samuel Ting, Premio Nobel de 1976.

Ting es excéntrico y muy dinámico. Cuando supe que estaba en Ginebra y, junto con Burger, una mañana me acerqué a pedirle una cita, me sonrió y me despachó con su secretaria particular, quien me llamó por la tarde para fijarla a las once de la mañana ¡seis meses más tarde en su oficina del MIT, en Boston! Cuando alguien gana el Premio Nobel, por lo general lo recibe en edad muy adulta, así que sólo le resta impartir conferencias y expresar sus buenos deseos hacia la humanidad. Pero Ting lo obtuvo a los 40 años de edad, de manera que dos décadas después estaba probando su juguete en el espacio.

Este prototipo tenía en el centro un imán, rodeado de una selva de conexiones electrónicas; al ser bañado por la lluvia cósmica en la trayectoria del transbordador orbitando el planeta, debía almacenar las huellas de las diversas partículas y antipartículas, y transmitir los datos en línea a la Tierra. Esto no sucedió, sólo consiguió almacenar los valiosos datos. Pero el artefacto demostró que funcionaba, que era factible perfeccionarlo y enviar una nueva versión al espacio. La influencia y el prestigio del profesor Ting es tal que logró convencer a la NASA de que el transbordador Endeavour debía realizar un último vuelo (no programado) a fin de depositar su AMS II en la Estación Espacial Internacional, juguete que ya ha generado sus primeros éxitos: ofrecer fuertes indicios sobre la naturaleza de la enigmática materia oscura.

Platicando con algunos jóvenes investigadores italianos de AMS, mostraron gran entusiasmo porque algún día puedan utilizarse antiprotones para irradiar tumores y disminuir así el riesgo. De hecho, en CERN se ha llevado a cabo un experimento con células y antimateria (ACE), el cual demostró que los antiprotones son cuatro veces más eficaces destruyendo células cancerígenas que los protones. También aquí la gente vive de sueños guajiros y pesadillas factibles.

Capítulo 6

Algunas ideas aceleradas

Bajar a la caverna donde se encuentra el LHC, en un túnel cuyo radio alcanza los 27 kilómetros y una profundidad de entre ochenta y cien metros, produce una mezcla de sentimientos, como si fuéramos personajes de una novela gótica y, al mismo tiempo, costumbrista. Hay que atender algunas instrucciones básicas de supervivencia para activar el pequeño tanque de oxígeno que debe llevar uno atado a la cintura. Nos ponemos el casco y descendemos.

Desde que se construyera el primer acelerador de partículas, en 1928, hasta este gigantesco complejo de máquinas inyectoras, recolectoras, impulsoras, no ha pasado un siglo. El de Ernest O. Lawrence estaba hecho de vidrio y tenía apenas 13 cm de diámetro. La mayoría de los aceleradores actuales son herederos de este primer dispositivo, aunque su tamaño y estructura se ha multiplicado en forma insospechada. Hubo hasta hace poco algunos lineales, como el de SLAC, en California, y quizá en el futuro se construyan otros. Comparados con las catedrales góticas por su ambiciosa grandiosidad, por su delicada y tajante jerarquización entre los elegidos y el resto de los mortales, los aceleradores pronto dejaron de ser artefactos que se construían en un laboratorio. Como lo prueban Fermilab y ahora CERN, son los laboratorios, comedores, hoteles, oficinas las que se construyen alrededor de los enormes aceleradores. O encima de ellos. De hecho, LHC no es un solo acelerador, sino un complejo de aceleradores, algunos de ellos reciclados gracias al talento de los ingenieros que han aceptado el desafío de llevar las ideas científicas al límite tecnológico. Ahí se aceleran iones de plomo y se hacen chocar en determinados puntos.

Algunos han hecho comparaciones menos insidiosas, afirmando que los aceleradores podrían ser considerados los microscopios de los físicos. O los hornos donde se cuece el pan de Leucipo y se rebana hasta sus últimas consecuencias. Como quiera que sea, sabemos que la potencia de un microscopio que utiliza electrones para ver trozos de materia más grandes depende de la longitud de onda de la radiación que utiliza. Así, entre más pequeña sea dicha longitud, más detalles nos revelará. Por ello los biólogos ahora pueden ver las moléculas, por ejemplo, que constituyen los corpúsculos rojos en la sangre humana.

Sin embargo, lo que quieren ver los cazadores son partículas millones de veces más pequeñas, por lo que un microscopio electrónico no les sirve de nada. Lo que necesitaban es algo que rompiera la cáscara y los dejara atisbar en el interior de ese espacio. Ahora bien, la teoría cuántica indica que si reducimos más y más la longitud de onda, debemos de aumentar la energía. Para tener una referencia, los microscopios electrónicos solo nos permiten escudriñar la estructura de moléculas a una distancia de una millonésima de milímetro, muy lejos de las necesidades de un físico de partículas.

Tomar en cuenta la siguiente tabla puede facilitarnos las cosas si deseamos entender lo básico de la aceleración de partículas. A la derecha se expresa la cantidad de energía que se requiere para mirar cada una de las estructuras que adopta la materia:

No está por demás saber que:

10-12 = 0.000000000001 = (p)

10-9 = 0.00000000 = nano, simbolizado por n

10-6 = 0.000001 y se usa la letra griega tau (micro)

10-3 = 0.001 y son los milímetros

10-1 = 0.1

10^0 = 1

10^2 = 100

10^3 = 1000 = kilo

10^6 = 1.000.000 = mega

10^9 = 1.000.000.000 = giga

10^12 = 1.000.000.000.000 = tera

10^15 = 1.000.000.000.000.000 = peta

Finalmente, es útil considerar que para los físicos la energía tiene muchas unidades: joules, calorías y kilovatios por hora son algunos ejemplos y cada una se usa según el contexto. Por ejemplo, sería poco útil medir el rendimiento de un atleta en kilovatios, o la brillantez de un foco en calorías. Si bien el joule pertenece al SI (Sistema Internacional de medidas) y no tiene equivalencia, las demás unidades pueden relacionarse utilizando factores de conversión.

En física de partículas la unidad que más se usa es el electrón-volt (eV) y sus potencias keV (10^3 eV), MeV (10^6 eV), GeV (10^9 eV) y, hasta ahora, TeV (10^12 eV). Es la más conveniente porque, en términos absolutos y aunque suene raro, las energías que manejan los cazadores son muy pequeñas. En 2015 el Gran Colisionador de Hadrones alcanzó 7 TeV por un lado de su circunferencia y 7 por el otro, logrando una energía de choque de 14 TeV. Con ello consiguió fácilmente el récord Guinness, convirtiéndose en la máquina aceleradora de partículas más poderosa jamás construida. Ya lo era desde de 2012, cuando llegó a un total de 7 TeV. Pero, con todo, si convertimos esta cantidad en joules, tendremos:

14 x 10^12 x 1.602 x 10-19 = 22.4 x 10-7 joules.

Para darnos una idea de cuán pequeña es esta cantidad de energía en realidad, comparémosla con la de un paquete de un kilo que cae desde una altura de un metro: 9.8 joules = ¡6.1 x 10^19 electronvolts!

Se ideó la unidad del electrón-volt a partir de la siguiente observación: un electrón acelerado por una diferencia de potencial de 1 volt tendrá una determinada cantidad de energía. Entonces, E = qV joules, donde q es la carga del electrón en coulombs y V, la diferencia de potencial en volts. Por tanto,

1 eV = (1.602 × 10-19 C) × (1 V) = 1.602 × 10-19 J.

Como dijimos, es tan pequeña la cantidad de energía que manejan los cazadores que 1 TeV equivale a la energía que usa un mosquito en pleno vuelo. La gracia de los físicos es que han logrado comprimir esa energía en un espacio ¡un millón de millones de veces más pequeño que el cuerpo del mosquito!

En 1927 Rutherford se dio cuenta de que no había otro camino. La única manera de abrir las entrañas de la materia, de revelar su intimidad, sería construyendo máquinas capaces de generar millones de volts. Y es que hasta ese momento los experimentos consistían en bombardear un blanco fijo. Pero las fuentes alfa, que el mismo Rutherford y sus colegas estudiaron en forma exhaustiva, eran más bien tacañas, pues apenas un millón de partículas por segundo podían dirigirse hacia un objetivo de un centímetro cuadrado. Una miseria si pensamos que los núcleos sólo ocupan una centésima de millonésima del área del objetivo.

Se requería, por tanto, acelerar partículas mil veces más. Esto implicaba contar con una fuente más poderosa de energía que fuera capaz de romper el núcleo. Cuando hicieron un poco de matemáticas, encontraron que en realidad requerían de varios millones de volts. Así comenzó la carrera por las altas energías y a la física sub nuclear comenzó a llamársele de altas energías. La misión: romper la cáscara de la nuez cuántica.

Desde luego, a medida que los aceleradores se hicieron más poderosos, se acercaron peligrosamente a la barrera universal, la velocidad de la luz. De acuerdo a la teoría especial de la relatividad, enunciada por Albert Einstein en 1905, nada puede viajar más rápido que la luz. Por ello el concepto de velocidad es anticuado. Una máquina puede acelerar protones, digamos al 99% de la velocidad de la luz. Otra, al 99.9% y una tercera, al 99.9999%. Ninguna llegará al 100% ni mucho menos al 100.1%, pero lo que sí sucederá es que en cada decimal que escale, el precio será muy elevado, pues si la ecuación de Einstein, E = mc^2, no nos miente, mientras más cerca se está de la velocidad de la luz, el objeto aumenta su peso, por lo que cada vez resulta menos fácil aumentar su velocidad.

Hablamos de precios a pagar en el orden del intelecto, pues implica encontrar razones, soluciones factibles a desafíos tecnológicos inéditos. Pero también hablamos de dinero. No precisamente el que se necesita para adquirir el Porsche y el Ferrari que nos acaban de rebasar, pues luego de una visita a la caverna del LHC es hora de ir a comer al centro de Ginebra. Y para ello se toma el tram, tranvía de última generación algo más modesto en términos de velocidad y energía. Y es que el cuchillo que rebana el pan de Leucipo no se afila en el taller de la velocidad sino en el de la energía. Así, para «ver» un protón al 99% de la velocidad de la luz se necesita de una energía de unos 7 GeV (alcanzada por el Bevatron de Berkeley, California, en 1955). Si queremos detectarlo al 99.95%, necesitamos de 30 GeV (que se alcanzó en AGS de Brookhaven, en 1972). Ese mismo año en Fermilab se llegó al 99.999% de la velocidad y se requirió acelerar protones a 200 GeV.

En 1932, Cockcroft y Walton construyeron en el laboratorio de Rutherford una máquina que produjo las primeras desintegraciones nucleares de partículas aceleradas en forma artificial. Sin embargo, finalmente se impuso el diseño de Lawrence en forma de ciclotrón, quien a los 27 años de edad lo único que deseaba era continuar sus estudios de fotoelectricidad. Meses después se topó con la tesis doctoral del ingeniero noruego Rolf Wideröe, cuyo trabajo lo había desarrollado en Alemania. Ahí mostraba cómo podía construirse un acelerador de partículas a partir de las ideas del físico sueco Gustaf Ising. Pero Lawrence encontró una manera sustancial de mejorar el dispositivo y así el viaje hacia el interior del átomo dio un salto cualitativo.

Ising y Wideröe habían pensado en acelerar partículas mediante una serie de pequeños empujones a partir de voltajes relativamente bajos. De acuerdo al diseño concebido por Wideröe las partículas deberían viajar a través de diversos cilindros de metal, separados, en un tubo al vacío. Dado que dentro de estos cilindros no habría campos eléctricos, la partículas viajarían por inercia. No obstante, Wideröe colocó campos eléctricos mediante voltajes alternados, que iban y venían entre valores positivos y negativos. Igualó la frecuencia del voltaje alternado con la longitud de los cilindros, de tal forma que las partículas sintieran el empujón y no un retardo cuando aparecieran por cada hueco. Así garantizaba que las partículas siguieran acelerando al pasar por los cilindros. Este es el principio de operación de los modernos aceleradores lineales (linacs), los cuales se utilizan en las primeras etapas de aceleración en anillos como Fermilab (en su momento) y en el CERN.

La brillante idea de Lawrence consistió en usar un campo magnético para desviar partículas en una órbita circular. Entonces pasarían a través de los mismos huecos aceleradores varias veces, en lugar de hacerlo por una serie sucesiva, como creía Wideröe. Si las partículas se aceleran en cada vuelta, discurrió Lawrence, deben describir una espiral expansiva a medida que aumentan su energía y se vuelven más resistentes a seguir la curva generada por el campo magnético. Pero Lawrence también comprendió que el radio de la órbita aumenta, al igual que la velocidad de la partícula, de tal forma que el tiempo que toma cada vuelta permanece constante. A pesar de la órbita en espiral las partículas pueden atravesar cada hueco a intervalos iguales y mantener el paso con un voltaje alternado.

En este «remolino» Lawrence puso entre los polos circulares de un electroimán dos cavidades semicirculares y vacías, de metal, en forma de D. Una pequeña brecha separa ambas D, mientras que un campo eléctrico a través del hueco acelera las partículas en la primera mitad de su recorrido. En la segunda mitad de la vuelta las partículas cruzan de nuevo la brecha pero en dirección contraria. Lawrence sincronizó la frecuencia con que debía de modificar la dirección del campo y el tiempo que tomaba cada giro. Las partículas que fluyeran desde el centro del remolino girarían hacia el exterior cada vez con mayor energía.

Hacia 1939 el ciclotrón de Berkeley medía ya 1.5 metros, el mismo año que Lawrence recibió el Premio Nobel. Gracias a eso pudo conseguir 1.4 millones de dólares que se necesitaban para construir un ciclotrón de 100 MeV, basado en un enorme imán con polos de 4.6 m de diámetro. Lawrence quería producir el responsable de la interacción fuerte, más tarde llamado pión, y creía que lo conseguiría bombardeando núcleos con partículas alfa. Si duplicaba la carga de los protones, las partículas alfa alcanzarían una aceleración equivalente al doble de la energía, es decir, 200 MeV, y él pensaba que 150 MeV era suficiente para liberar piones de las garras de la fuerza fuerte. Pero estalló la Segunda Guerra y, aunque ya tenía el imán, tuvo que emplearlo en propósitos bélicos.

Un terrible y sanguinario paréntesis permitió que se pensara mejor en el diseño original. Si el mundo no hubiese entrado en semejante conflicto, seguramente la idea original de Lawrence no habría prosperado, es decir, nunca habría generado un haz de partículas alfa a 150 MeV. Hemos visto que uno de los efectos de la teoría especial de la relatividad de Einstein es que, en la medida que se aproximan a la velocidad de la luz, los objetos se vuelven más pesados. Por su parte, el ciclotrón trabaja sobre el principio de que las partículas siempre toman el mismo tiempo en completar una vuelta. Esto deja de ser cierto cuando se aplica la relatividad especial.

Entre más pesadas se vuelven las partículas, con mayor lentitud cumplen sus giros. Al cabo de un tiempo empezarán a llegar tarde al hueco entre las D del ciclotrón y perderán el voltaje alternado durante la fase de aceleración. En los ciclotrones anteriores a la Segunda Guerra este efecto era insignificante, pero para protones de 25 MeV acelerados a una quinta parte de la velocidad de la luz el aumento de la masa era de un 2%, lo cual resultaba suficiente para sentir dicho efecto. Los cazadores habían encontrado el límite insuperable en este tipo de máquinas.

Deseosos de llegar a 100 MeV y a la mitad de la velocidad de la luz, donde los protones son un 10% más pesados que cuando están en reposo, Lawrence y su equipo no se dejaron intimidar por la relatividad einsteniana y se lanzaron en pos de una nueva máquina, un transformer de lujo y de última generación. En 1939 creían poder superar el aumento de masa utilizando la fuerza bruta de un voltaje de aceleración muy alto, llevando los protones a esa marca (100 MeV) mediante un gigantesco imán, como vimos antes. No lo pudo probar por el estallido de la Segunda Guerra y, mientras tanto, Ed McMillan, quien trabajaba en Los Álamos, así como el ruso Vladimir Veksler, llegaron a la misma conclusión. Había que ajustar la frecuencia del voltaje aplicado, de forma que pudiera mantenerse el ritmo de las partículas, dado su gradual retardo.

Sin embargo, una máquina que opera con frecuencia variable no podía acelerar un flujo continuo de partículas, como el ciclotrón lo hacía. Modificar la frecuencia para mantener el ritmo de las partículas energizadas significaría que cualquier partícula, incluso aquellas con energías menores, estaría fuera de ritmo. En cambio este ciclotrón «en sincronía», o sincrociclotrón, tomaría un haz de partículas de la fuente cada vez y lo aceleraría más allá del imán. Al mismo tiempo la frecuencia del voltaje de aceleración disminuiría a fin de compensar el aumento en la masa de dichas partículas. Así, la energía final de las partículas estaría limitada sólo por el poder y tamaño del imán.

En noviembre de 1946 el nuevo artefacto produjo su primer haz de deuterones (núcleos de deuterio o hidrógeno pesado, formados por un protón y un neutrón) con una energía de 195 MeV. Sin embargo, no fue en Berkeley donde se encontraron las evidencias de la existencia de los piones. Cecil Powel y sus colegas en Bristol lo habían detectado ya en la lluvia cósmica que quedaba impresa en diversas placas expuestas en el observatorio de Pic du Midi de Bigorre, enclavado en los Pirineos franceses. En los Estados Unidos continuaron acelerando partículas hasta encontrar, en 1948, el pión sin carga eléctrica o neutro.

Si bien el sincrociclotrón de Lawrence fue de gran ayuda para quienes estudiaban los rayos cósmicos, ya que produjo muchos piones por pedido, toda una serie de nuevas y exóticas partículas llamó la atención de los físicos. Simplemente su máquina no era tan poderosa como para producir algo tan pesado y extraño, ya que su campo magnético era limitado, al igual que el diámetro de los polos del imán. Una vez que las partículas aceleradas alcanzaban cierta energía, sus órbitas rebasaban los polos. Entonces había que idear una manera de acumular más energía. Por un lado, era imposible construir un imán mayor que el de 4.6 m de Lawrence. Además de modificar la frecuencia del voltaje de aceleración, a fin de no perder la armonía con el impulso energético que recibían cada vez más las partículas, se aumentó el campo magnético. Cada vez que tales partículas ganaban energía se hacía más fuerte el campo, lo cual permitiría mantenerlas en órbita y evitar que entraran en una espiral sin retorno.

¿Y por qué no dejar de pensar en un imán cada vez más grande e imposible? ¿Qué tal si se fabricaban unos más pequeños y se disponían en forma de anillo, cada uno como una especie de C? De esta manera las partículas viajarían en un tubo circular al vacío, comprendido dentro de los imanes, y aquéllas serían aceleradas cada vuelta por un voltaje alternado de frecuencia variable, que se aplicaría en uno o varios sitios alrededor del anillo. En cuanto a su paso a través del tubo, se las mantendría girando y el campo magnético se aumentaría sin cesar. La máquina fue bautizada como sincrotón y fue la base de los aceleradores modernos, como el espectacular y extinto Tevatrón de Fermilab, el cual cerró operaciones en septiembre de 2011.

Antes dije que los electrones eran los favoritos de los físicos, pero se decidió construir sincrotones de protones. Si bien entre 1950 y 1980 los sincrotones de electrones seguirían desempeñando un papel importante en la física de altas energías, el desafío y riqueza conceptual que se desprendería de los sincrotones de protones no era nada despreciable. Así, se instaló uno en Berkeley, California, y otro en Brookhaven, Long Island. Esta última máquina fue diseñada para alcanzar 3 GeV, por lo que su haz produciría abundantes piones, luego de colisionar con el blanco adecuado. La primera misión encomendada al Bevatrón de Berkeley fue descubrir el antiprotón, cuya carga es negativa.

Recordemos que Carl Anderson encontró en 1932 el positrón o antielectrón, de manera que hallar este antiprotón sería como descubrir el eslabón perdido, una clave que permitiera establecer que las leyes de la física y sus modelos del Universo eran simétricos entre la materia y la antimateria. Según los teóricos, se requerían poco más de 6 GeV a fin de producir antiprotones a partir del choque de protones contra un objetivo. Berkeley se lanzó por el nuevo número mágico.

En el Cosmotrón de Brookhaven se aclaró la naturaleza de partículas extrañas provenientes de la radiación primaria del cosmos. De esta forma, los físicos revelaron la identidad de la contraparte negativa de la partícula sigma, que tiene carga positiva, y también viene con la lluvia cósmica. En noviembre de 1954, mientras se fundaba el CERN en las afueras de Ginebra, el Bevatrón estaba enviando 10^10 protones de 6.2 GeV.

Más de treinta centros en el mundo operan anillos que almacenan haces de electrones y positrones como fuente de radiación del tipo sincrotón, la cual se ha usado en investigaciones médicas y en la producción de chips con un millar de veces más elementos de circuito por superficie. Los bisturíes más precisos para extirpar un tumor cancerígeno utilizan haces de protones. Uno de esos centros es Diamond Light Source (DLS). Entre otras ventajas del CERN es que se encuentra a quince minutos del aeropuerto, tomar un vuelo a Londres no es complicado.[1] Aun así, no es posible dejar pasar el hecho de que estos sitios de ciencia aplicada generan a veces insospechados beneficios sociales. Por ejemplo, algunas personas de los poblados cercanos a DLS han creado diversas artesanías (tejidos, pinturas, objetos) inspirados en sus visitas al acelerador, donde se les muestran fotografías e imágenes diversas que provienen de las investigaciones que se llevan a cabo en este acelerador o en otros, como el Laboratorio Nacional en Argonne, Illinois, y el Consorcio Europeo en Grenoble, Francia.

Como se sabe, en DLS se esclarecieron las causas de los padecimientos mentales y físicos del compositor Ludwig van Beethoven que lo llevaron a la muerte. Gracias a que poco después del deceso de Beethoven el joven músico, Ferdinand Hiller, le cortara un mechón de su cabello y lo guardara en un relicario, un siglo más tarde los descendientes de Hiller pudieron cederlo a un médico danés en agradecimiento por su ayuda a los judíos que huían de la degollina nazi. Finalmente el guardapelo fue adquirido durante una subasta pública en 1994 por la Sociedad Norteamericana de Beethoven, la cual permitió llevar a cabo una pequeña serie de experimentos en el mechón del músico.

Con semejante luz, inofensiva para los tejidos del cabello humano y sorprendentemente precisa, se encontraron notables rastros de plomo, lo cual puede explicarse por la afición del compositor a beber vino en vasos de barro. Lo que no se encontró fue átomos de mercurio. Esto indica que nunca recibió tratamiento contra la sífilis, como algunos han sugerido. Tampoco recibió tratamientos a base de láudano y opiáceos para mitigar el dolor, al menos no en los últimos seis meses de vida. Como puede notarse, es una herramienta muy útil para la medicina forense. Tras los muros de sincrotrones como DSL pueden encontrarse historias que agregan emoción e interés al asunto.

El lector recordará que el CERN no es ya, como DESY, Dubna y Fermilab, un acelerador con detectores a su alrededor en puntos determinados. Se trata de varios anillos con aceleradores que cumplen diversos propósitos, uno de ellos, y el principal, surtir de la materia prima de mayor calidad al LHC. Como su nombre lo indica, el gran colisionador acelera hadrones, esto es, iones de protones y neutrones. Nosotros y toda la materia visible del Universo estamos hechos de partículas hadrónicas, quarks, mientras que la materia leptónica la constituyen los electrones y los muones, que no contienen quarks.

Los dos haces del LHC, más pequeños que el radio de un cabello humano, viajan en direcciones opuestas y son interceptados en cuatro puntos, donde los cuchillos de Demócrito (ATLAS, ALICE, CMS, LHC-b, TOTEM y LHCf) registran y analizan los choques que sean de interés para cada experimento. Luego, los humanos entran en acción para entender qué ha pasado allí adentro. Dado que parte de la tecnología fue diseñada al menos dos decenios antes, en 2012 se decidió apagar el complejo por un par de años, abrir los detectores en los cuatro puntos y emprender una limitada e ingeniosa renovación de la electrónica, de calorímetros y otra clase de atrapa-partículas. Los científicos experimentales que llevan años aquí (Frederic Teubert, Paolo Giubellino, Gerardo Herrera), así como los teóricos (John Ellis, Álvarez Gaumé, de Rújula) e ingenieros (Luis Hervas), saben que puede ser la última llamada, lo cual habrá de decidir el futuro de la física al interior del átomo. Si todo marcha como está programado, hacia 2030 sabremos si hubo nuevas partículas o al menos indicios. O nada más.

Capítulo 7

Cámaras para atisbar lo que apenas existe

Durante las primeras búsquedas del antiprotón en Berkeley se emplearon las herramientas de los físicos que estudiaban los rayos cósmicos, es decir, emulsiones fotográficas y cámaras de niebla. Inventadas en 1912 por C.T.R. Wilson, se trata de un contenedor cerrado, en el que se evapora agua hasta alcanzar el punto de saturación y enseguida se baja la presión. Lo que se consigue es un volumen de aire súper saturado. Al hacer pasar una partícula cargada por ese medio condensará el vapor en diminutas gotas y producirá un rastro visible que marca la trayectoria de la partícula.

Los cuchillos sugeridos por Demócrito para seguir rebanando el pan atómico de Leucipo comenzaban a afilarse cada vez a mayor energía. Sin embargo, no dejaban de presentarse obstáculos, ya que los antiprotones no aparecen con frecuencia, son más bien raros, de manera que las fotografías no enseñaban ningún signo del estallido que debía producir la aniquilación al toparse un protón con su antipartícula. Las colisiones entre protones acelerados y protones en reposo en un blanco determinado generaban sólo un antiprotón por cada 50 mil piones. Los físicos de altas energías necesitaban alguna técnica que entresacara en forma automática esa solitaria partícula de antimateria, como en un tamiz, antes de que la información sobre el grueso de las partículas quedara grabada.

Dos grupos, encabezados cada uno por Edward Lofgren y Emilio Segré, decidieron buscar antiprotones de esta forma. Diseñaron una serie de detectores que les condujeran a precisar el momento y velocidad de las partículas que aparecían en las colisiones. Si se conocen el momento y la velocidad de una partícula es posible calcular su masa. Y si encontraban una partícula con idéntica masa que el protón, pero con carga negativa, pocos dudarían de que se trataba, en efecto, del antiprotón. La caza dio inicio en el anillo del Bevatrón, una cacería meticulosa y que hubiera puesto al borde de un ataque de nervios al mismo Job.

Se debían de seleccionar partículas con carga negativa entre los restos de los choques de protones contra un blanco. No había que olvidar deshacerse de partículas con igual masa a la del protón y, al mismo tiempo, ignorar la presencia de los piones ligeros y los kaones, de mayor peso. El primer paso consistió en usar un campo magnético para dispersar las partículas indeseables por su momento, un poco como se hace con la luz a través de un prisma. Según su longitud de onda, las partículas luminosas se dispersarán en diferentes direcciones. Según su momento, las partículas subatómicas en cuestión se alinearían en un estrecho haz. Nada más hacía falta medir la velocidad ¡de cada partícula!, y entonces calcular su masa.

Para garantizar que la «presa» era un verdadero antiprotón y no otra cosa, se emplearon dos métodos de detección. Uno de ellos contaba con un par de contadores de centelleo, en los que se provocaba un destello de luz cada vez que una partícula pasaba por allí. Los posteriores contadores de centelleo o cintiladores de plástico provienen de los artefactos que Rutherford empleó en sus experimentos de dispersión. Pero gracias a las componentes electrónicas que aparecieron a mediados de siglo XX el conteo de destellos ya no se hizo a simple vista, sino de manera automática. Cada pequeño destello se convertía en un impulso eléctrico que, al amplificarlo, producía una señal.

El otro método se basó en el efecto Cherenkov, llamado así en memoria del físico ruso Pavel Cherenkov, quien descubrió el fenómeno en 1934. Una partícula que se mueve con extrema rapidez a través de un material puede crear una especie de onda de choque de luz visible, es decir, la llamada radiación Cherenkov. Vale la pena hacer notar que lo importante aquí es que la partícula debe moverse con mayor rapidez a través de material que la luz ordinaria en la misma sustancia. La radiación Cherenkov aparece en cierto ángulo respecto de la ruta de la partícula. Y entre mayor es la velocidad de ésta, más grande es el ángulo. Con el material adecuado puede crearse una «ventana» que enseñó a los físicos un nuevo rango, reservado a ciertas partículas más veloces. En agosto de 1955, Segré y colaboradores instalaron sus detectores en el Bevatrón y, pocas semanas más tarde, encontraron las primeras huellas por donde habían pasado antiprotones.

Vista en perspectiva la hazaña es notable. Desde que Rutherford y su equipo se encerraran en un cuarto oscuro para ver y contar las cintilaciones generadas por las partículas alfa que golpeaban pantallas de sulfuro de zinc, pasando por las cámaras de niebla y de burbujas, hasta los sofisticados artefactos electrónicos, computarizados y revolucionados en su concepto, apenas han pasado cien años. Cuando el cielo está despejado, por la mañana o al atardecer, algunos pilotos de jets salen a practicar. A su paso, puede verse la nube de vapor que permanece unos minutos suspendida en el cielo. Ese rastro está formado por gotas finas de agua condensada y delata la trayectoria del avión. Algo similar sucede en las cámaras de niebla que, como dijimos, produjeron las primeras imágenes visuales del paso de partículas, cuando las emulsiones fotográficas eran incapaces de llegar tan lejos.

La cámara de burbujas fue el mejor detector que se pudo concebir en las siguientes décadas de 1950 y 1960. Siempre me ha parecido curioso el paralelismo entre el movimiento social y artístico de la psicodelia, y el fenómeno científico-social generado alrededor de la búsqueda y explicación del mundo subatómico. Mientras que en la sociedad estallaba el culto a la tecnología, disfrazado de búsquedas religiosas y místicas, en los laboratorios el reduccionismo triunfaba, ofreciendo un panorama generoso, aunque un tanto caótico, para su estudio. Algo similar al sentimiento de Charles Darwin cuando recorrió medio mundo, surgió también en los cazadores de partículas. Una mezcla de desazón y entusiasmo. Por un lado, gozo al ver cómo las ideas hipotéticas se cumplían en la realidad. Por otro, angustia debido a la miríada de interrogantes que se abrían. Durante las siguientes tres décadas, la mayoría de esas preguntas encontraron una respuesta más o menos vasta. Al igual que en la época de Lord Kelvin, a fines del siglo XIX, en las puertas del XXI la humanidad proclamaba, triunfalista, tener respuesta a casi todas las preguntas gracias al conocimiento científico y el desarrollo tecnológico. ¿Estamos en el umbral de un páramo de ideas y descubrimientos? ¿O veremos un nuevo amanecer, inesperado y lleno de provocaciones para deleite de los más imaginativos?

Aún no tenemos la respuesta, así que mejor regresaré a seguir describiendo en qué consiste el ingenio de los inventores de cuchillos de Demócrito. El descubrimiento del antiprotón confirmó las esperanzas depositadas en el Bevatrón de Berkeley, pues con el doble de energía que el Cosmotrón de Bookhaven, el nuevo acelerador podría descubrir partículas más pesadas y, en forma simultánea, profundizar en el comportamiento de partículas ligeras ya conocidas, a las que ahora podía aplicárseles energías muchísimo más altas. El Gran Colisionador de Hadrones es también una máquina de múltiples propósitos científicos.

El Bevatrón es la típica imagen icónica del gótico tardío, explotado hasta el cansancio por la ciencia ficción y la novela de fantasía en la primera mitad del siglo XX. También fue exprimido hasta la última gota por los científicos. Pero comenzó a languidecer dado que, al adquirir mayor energía, las partículas empezaron a precipitarse con demasiada facilidad en la cámara de niebla, no decaían y rara vez interactuaban con los átomos del gas, ralo y disperso en la cámara. Para rastrear la vida entera de una partícula extraña, por ejemplo, desde que es producida hasta que decae, la energía que genera el Bevatrón habría requerido una cámara de niebla del tamaño de un vagón del metro de la ciudad de México.

Como sucede con los artefactos en general, las cámaras de niebla quedaron obsoletas por lentas. Entonces los físicos se volvieron a los líquidos con la esperanza de encontrar medios más eficaces para atrapar el paso de las partículas elusivas. Así, el ciclo de recompresión después de una expansión en las cámaras de la época podía tomar hasta un minuto, mientras que el Bevatrón estaba disparando protones cada dos segundos. Dado que se trataba sobre todo de un problema de densidad, los gases resultaron ser muy tenues. Sin embargo, surgió otro obstáculo. En las cámaras de niebla la referencia estaba marcada por las pequeñas gotas de agua en el gas, pero ¿gotas de agua en un líquido? Era como buscar una aguja de paja en un pajar.

La solución la encontró Donald Glaser, quizá al destapar una corcholata de una cerveza o de una gaseosa, momento en que puede saltar la espuma y formar burbujas. La idea de Glaser consistió en mantener un líquido bajo presión y muy cercano a su punto de ebullición. Si conseguía aminorar la presión en tales circunstancias, el líquido comenzaría a hervir y a evaporarse. Pero si se modifica de manera repentina; si, por decirlo así, se da un salto atrás en la presión, el líquido sigue en tal estado, a pesar de que ya en ese instante se encuentra por encima de su punto de ebullición. Este estado se llama líquido súper caliente, muy inestable, por lo que sólo puede mantenerse mientras no existan perturbaciones.

Glaser sabía que las partículas cargadas crearían una perturbación al atravesar ese líquido súper caliente y encenderían el proceso de ebullición a medida que ionizaran los átomos del líquido a su paso. Por una fracción de segundo, un camino de burbujas aparecería por donde una partícula hubiera pasado. Este rastro sí pudo fotografiarse, aunque no fue fácil pues recordemos que enseguida el líquido estaría hirviendo a todo vapor y, además, había que reponer el sistema de detección, aminorando la presión a fin de regresar el líquido por debajo de su punto de ebullición. Con una capacidad de 3 centilitros, en esta cámara de burbujas pudieron tomarse miles de fotografías de partículas cósmicas.

En 1954 el célebre constructor de aceleradores, Robert Wilson, echó a andar un sincrotón de electrones en la Universidad de Cornell (NY), que podía alcanzar una energía de 1.5 GeV. Ese mismo año la Unesco en Ginebra auspició la creación de un centro europeo donde se investigara el átomo para la paz. Así nació el CERN. Cinco años más tarde un sincrotón de protones estaba enviando partículas con una energía de 24 GeV. Hasta noviembre de 1959, sólo el laboratorio de Dubna, Rusia, había logrado acelerar partículas a 10 GeV. Allí se sigue haciendo una física de vanguardia.

La carrera adquirió un nuevo impulso, pues las cámaras de burbujas llegaron a su límite. Si bien ofrecían panoramas generales de las interacciones, ¿cómo saber cuáles de las partículas resultantes habrían de producir reacciones interesantes? Una vez más, el proceso comenzó a volverse lento, pues tomaba un segundo todo el ciclo de expansión y recompresión. Entonces inventaron la cámara de centelleo, muy usada en la década de 1960 y 1970. Consta de varias láminas, una tras otra y separadas por unos milímetros e inmersas en un gas inerte, digamos, neón.

Cuando una partícula cargada pasa por la cámara deja un trazo ionizado en el gas, como sucede en las cámaras de niebla. Una vez que ha pasado la partícula, se aplica un voltaje alto para alternar las placas. El campo eléctrico se acentúa y aparecen una serie de centelleos a lo largo del rastro ionizado, algo parecido a lo que podemos observar en una noche de tormenta eléctrica. Estas huellas pudieron ser fotografiadas, incluso se conoció su posición por el tiempo que tomaban en llegar a los micrófonos electrónicos los crujidos que las acompañaban. Luego los datos se enviaban a una computadora para su análisis. Finalmente podía verse el panorama de los diferentes rastros. Al igual que la cámara de niebla, pero no la de burbujas, la de centelleo también tenía memoria. Los rápidos contadores de centelleo que se encontraban afuera de la cámara podía emplearse para identificar partículas cargadas que hubiesen atravesado la cámara.

Sin embargo, en vez de desechar la cámara de burbujas, se complementaron los datos. Esta clase de detectores tiene la capacidad de recolectar con gran rapidez datos de interacciones específicas; por su parte, las cámaras de burbujas ofrecían una gama más completa de los eventos, incluyendo el punto de interacción, llamado «vértice». Así, con una feliz combinación de detectores visuales y electrónicos los físicos consolidaron y, sobre todo, pusieron orden en la explosión de las partículas. Entre rayos cósmicos y fábricas de partículas subatómicas, la «diversidad de especies» de las partículas creció... aceleradamente.

Mientras que la primera cámara de Glaser era un dedal de hidrógeno líquido, la última, retirada de Fermilab en 1987, era una tina de vidrio y acero inoxidable, de 30 x 45 m. Entonces llegó la era de los detectores realmente gigantescos y electrónicos. Así, en CERN se instaló UA1, el cual era tan alto como una casa de dos pisos y su peso alcanzaba el equivalente de cinco jumbos. Este colosal detector fue la culminación de una vertiginosa carrera por la energía necesaria para romper la nuez atómica y ver qué hay adentro, aunque no sería el último esfuerzo por llevar las cosas al límite.

Tal es el espíritu de esta clase de laboratorios, donde los experimentalistas echan una mirada a la realidad que subyace y no es obvia, mientras que los mentalistas o teóricos sudan la gota gordiana tratando de trazar rutas factibles para que aquéllos sigan construyendo sobre lo ya conocido hacia lo inédito. Es importante notar que, a diferencia de otros campos de la actividad humana, esta ciencia física generalmente engloba las anteriores teorías, probadas en la realidad, como casos particulares de una propuesta más amplia y, al mismo tiempo, más esencial, si es posible decirlo así.

El detector UA1 rodeaba al super sincrotón de protones (SPS), un anillo de 7 km, y hoy es parte del complejo de aceleradores que conforman el CERN. Cuando SPS hace colisionar protones y antiprotones, dicho detector en forma de capas de cebolla a su alrededor registraba la huella de sus productos, partículas que salían disparadas en todas direcciones. Cada una de las capas generaba información muy valiosa. La más interna, es decir, el detector central, registraba el paso de partículas con carga eléctrica. Se llenaba el artefacto con una mezcla de etano y argón, por el que cruzaban miles de finos alambres. Estos hilos recogían las señales eléctricas de los rastros ionizados que las partículas cargadas dejaban a su paso. La cámara de cables se ubicaba dentro de un campo magnético que desviaba la trayectoria de las partículas según su carga y momento, al igual que en las cámaras de burbujas.

Alrededor de este detector central había otras capas más, dispuestas para revelar el paso de ciertas clases de partículas. Se trataba de dos calorímetros que, como su nombre lo indica, miden la energía de las partículas que irradian en esta forma. Uno de ellos, el calorímetro electromagnético, hecho de varias «rebanadas» de cintiladores de plástico y plomo, dispuestos en forma alternada, detectaba el paso de electrones y fotones. Tales partículas producían «lluvias» de electrones en el plomo, monitoreados por las diferentes capas del cintilador. Los centelleos luminosos generados cada vez que una partícula cargada cruzaba el cintilador, viajaban por las largas barras de plástico conocidas como guías de luz, hacia unos fototubos que convertían dicha luz en señales eléctricas.

De manera similar, la siguiente capa fue diseñada para detectar sólo protones, piones y otros hadrones. El calorímetro de hadrones también presenta rebanadas alternas, esta vez hojas de hierro y cintiladores. El hierro cumplía un doble propósito, pues también formaba parte del electroimán que se empleaba para desviar las trayectorias de las partículas con carga.

La capa exterior y final de UA1 detectaba muones, las únicas que pueden penetrar tanto plomo como hierro, al igual que los escurridizos neutrinos. Se trataba de cajas de aluminio oblongas en un gigantesco contenedor. Se emplearon dos mil toneladas de hierro y 100 de plomo. El calorímetro de hadrones usó más de 6 mil m2 de plástico en los cintiladores, distribuidos en siete mil hojas de 1 cm de espesor. Más tarde se le incorporaron siete mil fibras ópticas a fin de transportar impulsos de luz láser hacia el cintilador con objeto de verificar su respuesta, así como para controlar el comportamiento de las guías de luz y los fototubos.

Un solo choque entre un protón y un antiprotón generaba cientos de señales eléctricas conforme las partículas que aparecían atravesaban las diversas capas de UA1. Conforme el cómputo se hizo más y más sofisticado, UA1 y UA 2 incorporaron una serie de microprocesadores y computadoras, las cuales se conectaban a una principal que grababa en cinta magnética toda la información contenida en las señales. Cada evento ocupaba el espacio equivalente a unos 70 mil bytes (70 kb) y la computadoras tardaban un cuarto de segundo para escribirlo en la cinta. Sin embargo, los paquetes de protones y antiprotones que giraban en el SPS se topaban cada 7.6 microsegundos (7.6 millonésimas de segundo). Así que mientras la computadora estaba escribiendo el registro completo de una colisión o evento, había ya esperando otras tres mil colisiones que podía ser interesante tener registradas.

Para ello se utilizó el sistema subsidiario de microprocesadores y computadoras. Programadas para realizar evaluaciones en cuatro millonésimas de segundo descartaban las señales inútiles y guardaban las interesantes. ¿Cómo saber qué grabar y qué no? Mediante un programa escrito por los físicos y expertos en lenguajes binarios; en ellos se indicaba a las máquinas qué guardar y qué desechar. El ingenio de los programadores debía permitir que los protocolos pudieran reescribirse y ajustarse a diferentes tipos de eventos.

Un paso importante en la búsqueda de velocidad y precisión lo dio el francés Georges Charpak. Héroe de la resistencia durante la Segunda Guerra, Charpak se convirtió durante los setentas en un prolífico inventor de detectores. Entre ellos destaca la cámara de alambres proporcionales. En los años sesentas las cámaras de centelleo multialámbricas resultaron ser valiosas porque eran más rápidas que las cámaras de burbujas, si bien no podían proporcionar la misma información detallada. La cámara de Charpak era más rápida que la centelleo y, al mismo tiempo, tan precisa como la cámara de burbujas.

Dijimos que cuando una partícula cargada atraviesa un gas deja tras de sí un rastro de átomos ionizados. Todos los detectores, desde la cámara de niebla hasta la de centelleo y alambres, servían sólo si eran capaces de revelar esta huella ionizada. En 1968 el grupo de Charpak descubrió nuevas formas de hacer que esta ionización mostrara el paso de las diferentes partículas y, para ello, ideó dos tipos básicos de detectores, la cámara de alambres proporcionales y la cámara de flujo. Ahora una calle del pueblo francés fronterizo con Ginebra, Saint-Genis Pouilly, lleva su nombre.

La primera de ellas era, en principio, similar a la cámara de centelleo multialámbrica, pues ambas estaban formadas por tres planos de alambres paralelos, insertados en una estructura llena de gas. La diferencia estriba en la forma de operar. En la cámara de centelleo se aplicaba un alto voltaje (10 a 20 kV) durante un corto periodo a lo largo de los planos de alambres luego del paso de una partícula cargada. El alto voltaje inducía un centelleo que brincaba el espacio entre cada capa pero sólo donde el gas había sido ionizado, es decir, a lo largo del camino que había tomado con anterioridad dicha partícula.

En cambio la cámara multialámbrica funcionaba como un contador de un solo alambre, parecido a los que Rutherford y Geiger usaban en su época. En este caso se aplicaba un voltaje (unos 3 a 5 kV) en forma continua, de tal manera que el plano central de alambres poseía un potencial eléctricamente positivo. En cuanto pasaba por el gas una partícula cargada, desencadenaba una avalancha de electrones, la cual hacía crecer en forma muy rápida la intensidad del campo eléctrico que se formaba alrededor del alambre en el plano central, muy cercano a la trayectoria original de la partícula.

Con el ánimo de llevar las cosas al extremo se fabricaron alambres centrales de 20 micrómetros de diámetro, ya que el campo cercano a ellos era muy fuerte y un grosor mayor podría destruirlos. Además, no había que olvidar que la mayor parte de la avalancha de electrones se desarrollaba cerca de un solo alambre, por lo que podía decirse que la capa central de estos finos hilos operaba como una serie de contadores independientes. Así consiguieron Charpak y colaboradores precisar cuál era el cable más cercano a la trayectoria ionizada.

Las cámaras de flujo también estaban hechas de alambres paralelos que cruzaban un gas en un campo eléctrico. Su objetivo era medir cuánto tiempo tardaban en «fluir» los electrones liberados a lo largo de la trayectoria ionizada de una partícula hacia un alambre «sensible» central, antes de que se iniciara la avalancha cercana al alambre. Si los electrones viajaban a una velocidad constante, entonces el tiempo que tardarían era una buena medida de la distancia de la trayectoria desde el alambre sensible. Gracias a esta técnica se ha podido descubrir huellas con una precisión de 50 micrómetros (millonésimas de un metro). Además, estas cámaras tenían la ventaja sobre las de centelleo multialámbricas que necesitaban menos alambres y, por ende, menos aditamentos electrónicos.

Muchas de ellas se usaron entre 1980 y hasta los primeros años del siglo XXI en el Tevatrón de Fermilab, así como en UA2, detector montado en el SPS y que siguió las huellas de partículas W y Z. Por su parte, OPAL fue uno de los cuatro detectores que se montaron en el LEP entre 1989 y 2000. Ahí se produjo evidencia del paso de los bosones Z y W. Otro de los detectores que se desmontó para ceder su espacio al LHC y los cuatro detectores principales fue L3, el cual se dedicó a estudiar con detalle las propiedades de dichos bosones Z. Hoy en día su lugar lo ocupa ALICE.

A fines de los años de 1950 era un hecho que protones, piones y muchas otras partículas no conformaban el último peldaño de la escalera atómica. Una clave de la existencia de algo más elemental y pequeño eran las partículas llamadas resonancias. Los físicos sabían que los átomos podían excitarse porque tienen una estructura interna y, por analogía (o resonancia), lo mismo debía ocurrir en el caso de protones y piones excitados. Otra fuente de inspiración era la forma de ordenar las diversas familias de partículas que los teóricos habían encontrado: en óctuplos. Para muchos este panorama sugería la existencia de un nivel más profundo.

Capítulo 8

Una salamandra cuántica

Conocí por casualidad al cineasta suizo Alain Tanner en abril de 1976, en Lisboa. Él estaba presentando en un cine de la ciudad su más reciente película, En la ciudad blanca, y el periódico que tenía en mis manos esa mañana hacía notar que, al término de la función, habría un diálogo con el realizador. Cuando pude acercarme a él, le confesé que me había emocionado la manera como ponía en entredicho en La salamandra dos maneras de enfrentar un suceso de la realidad, en el que la verdad es apenas una versión de lo que ha sucedido. El vacío frente a los átomos, el tiempo y el espacio, un monstruo bífido, el bien y el mal en sus personajes. Nada que no supiera él, desde luego, pero a los 22 años de edad crees haber descubierto una verdad inalienable y deseas gritarla a los cuatro vientos, sobre todo si soplan hacia Ginebra.

Mi conexión es que, si mal no recuerdo, uno de los protagonistas (Rosemond) vive del lado francés, cerca de la frontera, pues es más barato, y va todos los días a trabajar a una zapatería de la ciudad de Calvino y Rousseau. En el momento en que pude charlar con Tanner no sabía que años después visitaría con cierta frecuencia e intensamente su ciudad, a la que tuvo la amabilidad de invitarme. Me dio su dirección en un trozo de papel, el cual extravié semanas después. Pero no las coordenadas de Rosemonde.

Las ocasiones que me he hospedado en Saint-Genis Pouilly y en Ferney-Voltaire pienso de vez en cuando en aquella figura femenina, salamándrica, a quien le gustaba jugar con fuego. Rebelde y fiel, asustadiza y canija, sabía sonreír siempre y cuando se hubiese demostrado en los hechos que uno tomó la buena decisión, cuando el otro, sin pedirlo, ha elegido el camino que a ella le gusta. Con el paso de los días empecé a tener visiones. La vi reflejada en una chica parecida a la actriz Bulle Ogier. Confieso que no recordaba detalles de una película que habían pasado en cineclubes de arte varias décadas antes. Aun así, Rosemonde comenzó a cobrar existencia. Por un momento podía presumir de haber experimentado algo parecido a lo que Leucipo y Demócrito, Lucrecio y Boscovich sintieron al discurrir sus ideas, una mezcla de satisfacción y angustia por no saber si son ciertas o no.

En el autobús Y que lleva de Ferney-Voltaire a CERN podía contarle a Rosemond mi historia particular, mi empeño en tratar de entender qué demonios tenían que ver partículas tan diminutas con la actividad cósmica. Para empezar, todas las estructuras evolucionaron a partir de fluctuaciones de densidad infinitesimales, la inestabilidad gravitacional ocasionó su inexorable crecimiento y posterior desarrollo en galaxias, cúmulos galácticos, incluso estructuras más grandes. Los astrónomos han observado en los confines del Universo por lo menos estructuras de 100 mega pársecs. Galaxias y agregados, cúmulos y súper cúmulos crecieron debido a la amplificación gravitacional de diminutas «deshomogeneidades» de materia presentes en el momento en que el Universo adquirió transparencia, es decir, unos cientos de miles de años después del Gran Estallido.

Tales «deshomogeneidades» dejaron su huella en el vasto mar de radiación cósmica surgida de la gran bola de fuego primordial. Para ese entonces el Universo se había enfriado a una temperatura de unos cuantos miles de grados (hoy se encuentra a 2.7 K). Esto implica la existencia de unos mil millones de cuantos radiactivos (fotones) por cada átomo en el Universo. Según lo probaron las imágenes emitidas por el satélite COBE, las ondulaciones son resultado de un cambio en la longitud de onda de la luz conforme atraviesa y envuelve regiones de diferente densidad de masa. La teoría de la inestabilidad gravitacional señala que las deshomogeneidades en la densidad primordial tenía que ser del orden de una parte en 100 mil para haber tenido el tiempo suficiente de crecer hasta alcanzar las estructuras que nos dieron a conocer las mediciones realizadas por COBE, lo cual reafirmó los fundamentos de la cosmología contemporánea.

Poco más de un millón de años después de Gran Estallido, la densidad de la materia cedió y la temperatura de la radiación cósmica bajó hasta el punto de que los átomos de hidrógeno se convirtieron en el estado de la materia predominante.

Antes el Universo era un plasma ionizado en el que la radiación esparcía electrones todo el tiempo, así que había un contacto térmico. Una vez que la materia atómica dominó el paisaje, los electrones ya no se esparcieron y la radiación dejó de ser transportada por la materia. Desde entonces los fotones viajan libres, fríos, debido a la expansión cósmica, y pueden observarse en forma de radiación cósmica de microondas. Son la huella del estado en que se encontraba el Universo en sus primeros 10 mil años de vida, cuando aún era una bola caliente, muy densa y opaca.

Decir que la materia dominó el paisaje es una manera de indicar que el principio antrópico se cuela en muchos de nuestros conceptos sobre el Universo que nos rodea. Los físicos de partículas tratan de cuidarse de no caer en sus redes. Y es que, en realidad, no es la materia atómica, visible, la que domina el panorama universal, sino la materia obscura. No se ha detectado aún pero sus efectos parecen sentirse en términos gravitacionales, lo cual acelera la velocidad de rotación de las galaxias espirales. También se cree que existe una forma de energía obscura que aparece asociada al vacío del espacio y constituye un 70% del Universo. Sus efectos no se diluyen conforme se lleva a cabo la expansión universal, no tiene repercusiones locales en galaxias, por ejemplo, como la materia obscura, pero sí en términos globales, ya que actúa como una gran fuerza repulsiva que tiende a acelerar dicha expansión del Universo.

Entre 1999 y 2000 el mundo vivía impaciente por adentrarse en el tercer milenio. Como en la mencionada película La salamandra, precursora del posmodernismo, las preguntas eran subversivas y angustiantes, y no había respuestas. Rosemond siguió acompañándome mientras volvía a hablar con algunos gestores de las ideas más sugerentes en ese momento, de cara a la inminente apertura del LHC. Había que sopesar el clima. «En astrofísica hay muchas interrogantes abiertas, más de las que puedes suponer», me dijo el físico teórico Álvaro de Rújula, destacado investigador en uno de los campos que ha dado mucho qué hablar, la astrofísica de altas energías o astro partículas.

Debería el lector apreciar su calidad intelectual, ya que la Ciudad Escéptica está casi reservada a los cazadores, a los físicos experimentalistas. La División de Física Teórica está formada por una pequeña súper élite, la crema y nata de los gurús, cuya labor consiste en arrojar preguntas útiles que puedan servir de inspiración a los experimentalistas a fin de diseñar el nuevo artefacto para detectar lo que sigue después de haber descubierto el bosón de Higgs. Sin embargo, aún faltaban algunos años para que eso sucediera.

Gente como John Ellis, Luis Álvarez Gaumé y Álvaro de Rújula me han confesado que no hay periodo más emocionante en la ciencia que aquél en que, después de décadas de estancamiento y desconcierto, un puñado de datos y hechos fenomenológicos, en principio inconexos, se enlazan con alguna extraña idea y terminan provocando un espectacular vuelco en nuestro conocimiento de la naturaleza. Pasó con la revolución de las esferas celestes de Nicolás Copérnico, quien solía cocinar una elaborada, extravagante y energética versión de sopa de gato para mantenerse en forma.

Lo mismo aconteció con Kepler, Galileo y Newton, quienes también se las arreglaron para sobrevivir a sus enemigos. Sucedió en 1830, cuando Michael Faraday demostró que la electricidad y el magnetismo tenían en común una fuerza intrínseca. Faraday anduvo el resto de sus días buscando demostrar que el electromagnetismo también está ligado a la gravedad, la cual Newton había descrito en términos matemáticos ciento cincuenta años atrás. No lo consiguió y nadie lo ha logrado hasta ahora.

Sucedió también en 1905, cuando Albert Einstein dio a conocer su famosa ecuación E = mc^2, apenas advertida por la mayoría de los científicos en ese entonces. Y no es que ignoraran las ideas brillantes y los asombrosos descubrimientos de Antoine Lavoisier, Michael Faraday y James C. Maxwell entre otros; simplemente no tenían idea de que la materia y la energía pudieran ser parte de una misma ecuación.

Hacia finales del siglo XIX los científicos celebraban de manera triunfal el poder de su método y la mayoría investigaba sobre temas que hubieran aburrido al mismo Newton en su época. Creían tener una respuesta a todas las preguntas esenciales sobre la naturaleza y el Universo que habitamos, cincuenta años después nadie pensaba que una sola de esas cuestiones tuviera una respuesta satisfactoria. Con el éxito del atomismo y la explicación del comportamiento cuántico surgieron otras dudas. Una fascinante época que ofreció descubrimientos en ambos lados de la escalera del Universo, hacia lo infinitamente grande del cosmos y hacia lo increíblemente pequeño dentro del átomo, como veremos en las siguientes décadas.

Es claro que las fábricas de partículas con nombres enigmáticos y evocadores (hadrones y leptones, antimateria y neutrinos) dejan una derrama tecnológica abundante. Las metáforas no terminan, pues los aceleradores utilizan cavidades «en forma de cangrejo» y los teóricos emplean la figura de un pingüino con objeto de explicar transiciones raras de los quarks beauty. Recuerdo que en ese entonces, 2002, causaba inquietud en la comunidad de cazadores tanto teóricos como experimentales el que casi todo tuviera explicación en términos del Modelo Estándar. No obstante, con paciencia se empezaron a proponer ideas novedosas cuyo propósito en las últimas décadas ha sido ir en busca de un «pos modelo estándar».

Antes de retirarse de su actividad como astrofísico, Álvaro de Rújula estuvo dispuesto a hablar una última vez conmigo acerca de la confianza que él tenía en que pudiera trascenderse la aplastante factibilidad de Modelo Estándar. En esos días pasé por Madrid y pude probar el clima entre ilustres teóricos, como el portugués Francisco Ynduráin, de la Universidad Autónoma de Madrid, quien también hacía votos porque se alcanzara una escala de energía mayor en el LHC y aparecieran fenómenos nuevos que no estaban previstos en el Modelo Estándar.

En el camino de la detección de partículas, esta vez provenientes del cosmos, Rosemond y yo recordamos MAGIC, localizado en la isla de La Palma, una del archipiélago canario. Es un detector gigantesco de diecisiete metros de diámetro construido con fibra de carbono, de tal modo que soporte los vientos de altura y pueda girar con cierta rapidez. Está pensado para estudiar fuentes de rayos gamma que cruzan por la Tierra de tanto en tanto.

Cuando a fines de la década de los años veinte los físicos demostraron que los rayos cósmicos eran partículas con mucha energía el campo empezó a diversificarse. Los primeros indicios de esta lluvia invisible fueron hallados por Theodor Wulf, un sacerdote jesuita francés apasionado de la experimentación. Sus sondeos en lo alto de la torre Eiffel arrojaron más radiación que la esperada, de manera que propuso un origen extraterrestre de tales rayos. Para comprobarlo había que subir más alto, en un globo aerostático, pero no tenía un espíritu tan aventurero, de manera que fue el físico austriaco Victor Hess quien realizó diez ascensos hasta una altura de cinco mil metros. Demostró que, en efecto, la intensidad de la radiación aumenta sobre los mil metros. Descubrió así los rayos cósmicos, pues los instrumentos de la época exigían la presencia del experimentador, quien no estaba exento de riesgos. A Wulf apenas se le recuerda, mientras que Hess obtuvo el Premio Nobel.

Poco más tarde, Robert Millikan, en el Instituto Tecnológico de California, CalTech, ideó un electrómetro cuyas lecturas serían registradas en película, sin necesidad de que nadie estuviera a bordo. Un nuevo tipo de ilustración científica estaba naciendo. Sin embargo, la intensidad de la radiación cósmica es tan baja, incluso a grandes alturas, que los relativamente modestos instrumentos de Hess y Millikan no podían más que confirmarles su existencia, pero eran incapaces de indagar su naturaleza. Además, puesto que su energía es muy alta, y por tanto su velocidad, dicha radiación está menos ionizada que la de los rayos de baja energía que emiten las fuentes radiactivas.

Los rayos cósmicos pasan tan rápido que apenas tienen contacto con los átomos; no sólo están finamente esparcidos, son esquivos. Por si fuera poco, no se sabe precisamente de dónde vendrá la próxima emisión, a diferencia de la radiactividad. Mientras que una fuente de este tipo colocada en un extremo de un tubo alineado produce un haz estrecho y bien definido de radiación, los rayos cósmicos alcanzan la Tierra por todas direcciones. Un paso importante para rastrear estos rayos del espacio exterior lo dieron en 1928 Hans Geiger y Walther Müller, del Instituto de Física de Kiel. Muy pronto. Con base en el contador Geiger-Müller se construyó una especie de «telescopio» a fin de definir la ruta de dichos rayos. En esos años el físico alemán Kurt Urban logró recoger la energía de fabulosas tormentas en la cima del Monte Generoso, frente al lago Lugano. Eso animó el primer acelerador atómico de la historia y a su inspirador, Rutherford.

Por su parte, un joven ruso, Dimitri Skobeltzjin trataba de resolver un problema con los rayos gamma que interferían su conteo de electrones, pues dichos rayos, la forma más penetrante de radiactividad, no sólo tocaban los electrones dentro de su cámara de niebla, sino que también afectaban los electrones fuera de la cámara. Entonces decidió colocarla entre los polos de un imán, de esa manera el campo magnético apartaría los electrones que no deseaba contar.

Un campo magnético ejerce una fuerza sobre una partícula que tiene carga eléctrica, de manera que su camino tiende a volver una curva. Skobeltzjin tomó fotografías y notó los rastros de algo que seguía una ruta casi recta. Si bien los confundió con electrones expulsados por los rayos cósmicos tipo gamma, pues aún no se había montado el artefacto basado en el contador Geiger-Müller, él fue el primero en observar directamente e ilustrar las huellas de los rayos cósmicos. Cuatro años más tarde, en 1932, Anderson instaló en el laboratorio de aeronáutica de CalTech un generador de 600 kW para poner en acción un imán y descubrió la antimateria. La imagen era pobre pero lo suficientemente clara para indicar su existencia.

En los diarios del átomo aparecen subrayadas las siguientes preguntas: ¿Qué ideas aún no tienen asidero en la experimentación y, no obstante, desafían el Modelo Estándar? La materia obscura es la más atractiva, según puedo percibir cuando platico con los físicos del CERN. No es para menos. En 1933 se tuvo un primer indicio, al confrontar observaciones astronómicas y cálculos de los efectos gravitacionales. Los resultados indicaron que debía haber «algo más» en el Universo pero que no era posible detectarlo. Ochenta años después los físicos piensan que el efecto gravitacional de esta enigmática materia obscura provoca que las galaxias giren a una velocidad mayor a la esperada; también se piensa que su campo gravitacional desvía la luz de los objetos detrás de dicho campo. Mediciones recientes de tales efectos demuestran la existencia de alguna otra clase de materia que no despide luz, pues si bien no podemos verla en forma directa aún, gracias a estos efectos podemos conocer su densidad.

Así, la materia visible conforma un 4% del Universo, mientras que las partículas obscuras representan un 23% y la energía obscura, alrededor del 73%. Hay quienes piensan que dicha materia obscura está constituida de partículas neutras, súper simétricas. Por tanto, la supersimetría es la siguiente idea más referida por los físicos, seguida de la disparidad entre materia y antimateria, la teoría de cuerdas, el esclarecimiento de los neutrinos y la naturaleza de la gravedad. Sucede que la naturaleza de los cuantos de luz o fotones es muy distinta de las partículas que forman la materia ordinaria. Los físicos piensan que es necesaria una simetría unificadora del electromagnetismo, las otras dos fuerzas fundamentales y la gravedad, incluso la sustancia misma del Universo: luz y materia. Para ello han inventado un grupo completo de otras partículas o «súper compañeras», idénticas excepto por una característica, la forma en que giran y exhiben su momento angular. Hasta ahora no se ha detectado ninguna de estas partículas súper simétricas.

En mis diarios del átomo aparece 2008 como el año en que por fin se intentó poner en marcha la máquina más cara y espectacular jamás construida sin fines militares, dedicada a responder preguntas puramente científicas. En ese entonces insistía en que el Gran Colisionador de Hadrones representa el esfuerzo de miles de investigadores, universidades, gobiernos y empresas por escudriñar la realidad que aún contiene profundos enigmas. El 10 de septiembre de ese año se empezó a inyectar protones a una velocidad cercana a la de la luz en el enorme anillo subterráneo del CERN, en las afueras de Ginebra. Diez días después, antes de hacerlos chocar, una pequeña juntura entre los segmentos de imanes superconductores del acelerador no quedó bien soldada, se calentó y la criogenia que debe mantenerlos a 1.9 grados kelvin, cerca del cero absoluto, reventó y contaminó un Kelvin de los 27 que tiene dicho anillo. Tomó un año y varios miles de euros regresar la máquina a temperatura ambiente, desmontar los imanes dañados, limpiarlos y regresarlos a su posición. Y luego volver a conectar todo.

Luis Hervas, ingeniero experto en electrónica avanzada del experimento ATLAS, tiene una idea cercana de lo que sucedió. ¿Fueron las presiones políticas de una administración que se había comprometido a inaugurar en una fecha determinada las que precipitaron el acabado y provocaron el accidente? ¿O es algo que iba a pasar, pues es un aparato hecho por humanos? Muchos investigadores que estuvieron cerca de la planeación y construcción del LHC a lo largo de los últimos 15 años tuvieron dudas con respecto al desempeño de la cadena de proveedores que estaba construyendo infinidad de piezas (muchas de ellas inéditas), dispositivos, mecanismos, programas de computadora.

Por lo general siempre hubo tiempo de corregir y llevar a cabo las pruebas suficientes para saber si todo funcionaría en tiempo real. Pero en el último año el cronograma se apretó cada vez más. Aun así, el entonces director general, el físico nuclear Robert Aymar, me aseguró que la máquina debía arrancar en la fecha prevista y que las críticas de algunos miembros de la comunidad se debían al prurito del científico, quien siempre quiere perfeccionar su método y dispositivos para demostrar sus hipótesis y para ver qué hay más allá.

Aymar, quien me había confesado su confianza en seguir al frente del CERN, también habló abiertamente de su predilección por los aceleradores lineales y por la búsqueda de la fusión en frío. Finalmente perdió la elección frente a Rolf Heuer, un investigador más cercano a la comunidad de CERN y quien asumió su cargo en enero de 2009, de manera que los grupos aprovecharon este año y siguieron en su inagotable tarea de inventar detalles en su experimento. Aun así, las dudas con respecto a si la presión ejercida por Aymar, quien era considerado un personaje lejano a la comunidad, para inaugurar dentro de su periodo fueron o no la causa del desaguisado quedaron sin resolverse hasta que determinó la causa: al aumentar la energía una pequeña conexión no resistió la vibración, se desoldó y causó el desastre.

Lo que la gente deseaba en ese momento era que la máquina estuviera destrozando protones. Así que, después de las presiones políticas en que se vieron atrapados, los cazadores de partículas volvieron a ser cazados. Tal vez no todos saben que aquí, en este enorme laboratorio paneuropeo de física, se inventó la Web para conectar dos instituciones de investigación científica, el CERN en Ginebra y SLAC en Stanford. Una vez cumplido el propósito académico no se buscó obtener lucro de ello.

Por el contrario, se mantuvo el clima de libertad que ha permitido que cualquier emprendedor con suficiente imaginación se haga rico, famoso, importante, un benefactor al generar empleo gracias a sus yahoos, googles, facebooks y twitters. El CERN se constituyó así en un símbolo de vanguardia libertaria. Hoy en día gestiona patentes pero mantiene dicho ambiente de libertad.

Capítulo 9

Borges y las partículas que se bifurcan

Mis coincidencias con el escritor argentino se prolongan más allá de aquella ocasión en que visitó la Capilla Alfonsina en la colonia Condesa de la Ciudad de México, le explico a Rosemond.

Una vez esperaba en la estación de trenes de Cornavin con mi hija Ana, quien entonces tenía 15 años de edad y me había acompañado en uno de mis viajes al CERN. Casi llegaba la medianoche y hacía frío, el ambiente era húmedo, bañado de una brisa intermitente que calaba hasta los huesos. El tren que venía de Zurich y se dirigía a París debería arribar en cualquier momento. Entonces vimos a una pareja caminar con lentitud por la plataforma. Al verlos más de cerca noté que se trataba de Mario Benedetti y su esposa. Invité a Ana a saludarlos, pues acababa de leer al escritor uruguayo en un curso de su escuela. Fui detrás de ella cuando entendí que no venían de humor como para lidiar con una quinceañera. Amablemente estaban a punto de despedirla en el instante que se me ocurrió presentarme como alumno de Monterroso. Su semblante cambió y los Benedetti hicieron un esfuerzo por socializar hasta que el tren realizó su breve parada en el andén. Mario nos confesó que habían venido a visitar la tumba de Borges en el cementerio des Rois o de Plainpalais, no lejos de Cornavin.

«Espero que hayan comido algo en el boulevard de Saint-Georges», dice Rosemond, «un fondué de carne, por ejemplo.» En efecto, un queso fundido con trozos de carne y vino blanco, el respeto de un ciudadano de la República de las Letras por la pluma del rival, con quien se mantienen diferencias políticas, el espíritu volteriano a tope. Así que mi cadena se hacía cada vez más grande. El haber sido seleccionado por Tito me había llevado a la Capilla Alfonsina, donde en una mañana fugaz me crucé con el escritor argentino de la época heroica, alguien que intentaba develar la parte de la realidad imaginaria y personal, lo que había más allá de la materia visible. Y eso me había empujado a buscar mundos sugerentes, llenos de ideas factibles. Así me involucré en la comprensión pública de la ciencia, donde la imaginación hace su nido, y desde ese hábitat transmitir un sentimiento duradero, una idea útil, un panorama esclarecedor.

Rosemond me mira con una mezcla de ternura y suspicacia. Es amiga de la navaja de Occam, como muchos de los habitantes del CERN. Dicho de otra manera, hay que considerar siempre que la respuesta más simple es la más probable aunque no necesariamente la verdadera. En cierta forma se parece a mí, a Borges, a Tito, a Benedetti. Si uno visita la tumba de Borges, entenderá las cuitas de un hombre atormentado por la ceguera personal y social. Un visionario maltratado por su corta vista. Un rebelde de un infinito anterior en medio de la turba. La forma de su lápida recuerda las piedras rúnicas y, de hecho, la inscripción es casi ininteligible, a menos que uno sepa inglés primitivo y antiguo nórdico. Y es que Borges se vio obligado a pasar en esta ciudad parte de su juventud, ya que en 1914 su familia había tenido el mal tino de mudarse a Europa, cuando sobrevino la Primera Guerra Mundial. Fue aquí donde aprendió un poco de latín y se aficionó a las historias primigenias de Irlanda e Islandia. Años más tarde, huyendo como Voltaire de la represión, se refugió con su cómplice, María Kodama, en la ciudad donde Calvino también encontró abrigo y pudo expresarse hasta el final de sus días.

Otra coincidencia, ATLAS, el título del libro de viajes de la pareja y el nombre del proyecto científico más ambicioso del CERN.

Rosemond me pregunta si creo en el amor. Le respondo que con sentimientos como el cariño y el amor me sucede lo mismo que cuando leo a escritores como Benedetti, Borges, Monterroso y Reyes: no sé distinguir entre la invención y el descubrimiento. El amor es como estas historias subatómicas, insisto. En ocasiones me cuesta trabajo separar la intencionalidad de la improvisación al mirar cómo se lleva a cabo un experimento, ya sea de partículas o de besos y arrumacos. Al menos esa fue mi impresión durante los primeros años. Pero ahora que Rosemond se ha fugado de su tiempo cinematográfico tengo mis dudas.

Caminar por el viejo Ginebra con Rosemond tomándome del brazo también comenzó a hacer volar mi imaginería, tratando de comprobar cómo la propia experiencia, la cadena de eventos aleatorios que adquirían significado solo para mí, se cruzaba en diferentes momentos con la de otros que, de alguna manera, se las arreglaban para continuar existiendo. Entonces, mientras Rosemond siga palpitando en su mundo de celuloide y en su nuevo ámbito digital, los demás tendremos alguna posibilidad de sobrevivir en la memoria de los espectadores, quienes, a su vez, quizá, reproducirán nuestra historia. O parte de ella.

Rosemod y yo esperamos el autobús F, que sale de Cornavin, pasa por Naciones Unidas y se interna en territorio francés. Para pagar hay una máquina tragamonedas y diversos botones a fin de elegir las zonas que uno desea recorrer. Equivocarse puede costarte unos buenos francos suizos; pasarte de listo y no pagar, una visita a la corte y una multa dolorosa. Rosemond me hace notar que el 90% de los pasajeros se detienen y, de pronto, se quedan como ella cuando le explico estos asuntos cuánticos y de partículas venidas de otros mundos: no saben qué pensar ni cómo proceder hasta que, finalmente, luego de unos minutos en babia, empiezan a depositar monedas a cambio de un boleto. Sin duda se necesita un doctorado para pagar lo correcto y evitar líos con la policía, la cual casi siempre se aparece en el momento más inoportuno.

Le digo que así veía yo la lápida de la tumba de Borges: como los pasajeros miran la máquina, parados frente a un verdadero arcano. Caminamos por Grand-Rue, que luego se convierte en Rue de la Cité. En esta calle vivió Borges hasta su muerte. Le digo a Rosemond que alguna vez se pensó que la antimateria era un perfecto «reflejo» del mundo material, esto es, que si reemplazabas todos los átomos por anti átomos, nadie notaría la diferencia. Pero esto no es verdad, ahora los físicos piensan que ese reflejo es imperfecto, lo cual pudo haber llevado al desequilibrio entre materia y antimateria en nuestro Universo.

Ese juego de espejos probable estuvo en mi cabeza desde que leí a Borges, poco antes de obtener la beca con Tito. Se lo he preguntado a algunos de los investigadores e ingenieros, incluso a personal administrativo de CERN, y algunos sienten que Borges sería una figura digna de «acechar» los experimentos que han corrido por la Ciudad Escéptica. Una simple visita al Globo, el museo de ciencias relativamente nuevo que está a un lado de algunas oficinas de ATLAS y enfrente del resto de los edificios de dicha Ciudad, puede darnos elementos lúdicos, piezas de un rompecabezas que podía armarse de varias maneras y todas ellas resultaban atractivas, sin contar con su grado de factibilidad y elegancia en cuanto a su demostración matemática.

«El sitio de las conjeturas, ¿eh?», dijo Rosemond, burlona. «Desiderata de vagos», remató ella misma y se echó a reír. Yo traté de impresionarla diciéndole que en pocos años el LHC aceleraría protones hasta alcanzar 99.999999% la velocidad de la luz. La energía y la luminosidad, esto es, la frecuencia de paquetes de partículas bien apretados y dirigidos para colisionar sucederá cada 25 nanosegundos, lo cual implica que dichos paquetes se cruzarán unas cuarenta millones de veces por segundo. En cada uno de estos cruces ocurrirán apenas veinte choques de protones con protones. No obstante, las colisiones serán tan frecuentes que los productos de una colisión aún estarán presentes en el detector cuando la siguiente ocurra.

Rosemond me mira entusiasta hasta que ella también se prende. Muestra gratitud por verme hacer el esfuerzo e intentar que comprenda un hecho singular: somos capaces de apasionarnos por cosas tan diversas como la Coca-Cola con tu nombre o un nuevo artefacto electrónico que te habla al oído. O el origen del Universo y los seres luminosos, desde una estrella hasta Rosemond, usted, yo, Borges y su imaginación, salpicada de situaciones paradójicas y mediciones infinitesimales.

En octubre de 2009 los amigos del FCE me escribieron pidiéndome un Prólogo para introducir una joyita que había escrito Alfonso Reyes, poco conocida, sobre su contacto con las ideas de Albert Einstein. Entonces escribí lo siguiente.

La figura de Alfonso Reyes ha significado mucho en diversas épocas de mi vida. La primera, gracias a una beca que otorgaba el INBA a tres novicios intentando convertirse en escritores bajo la tutoría de Augusto Monterroso y cuya sede era la Capilla Alfonsina, en la colonia Condesa de la Ciudad de México. A lo largo de un año, los becarios disfrutamos de la hospitalidad de Alicia Reyes, quien nos dejaba deambular por la enorme biblioteca, llena de cuadros y objetos únicos, como una réplica vaciada en bronce de la estatua ecuestre de Carlos IV, e incunables, como primeras ediciones de libros de Jorge Luis Borges dedicados al sabio mexicano.

Años después, esta misma casa editorial me pidió la deliciosa tarea de localizar las referencias culinarias en la obra de Reyes. Fue entonces que descubrí la verdadera riqueza literaria de sus ensayos, relatos, poesía, notas y reflexiones: tienes que ser el perfecto diletante para intentar escalar el Monte de lo Improbable y un mago para pretender bajarlo sin lastimarte. En ese ámbito de lo improbable, y aun así, factible, cayó en mis manos este cuaderno de notas de 1938 acerca de la relatividad einsteniana y su confrontación con los conceptos clásicos, del cual Reyes mandó a imprimir en 1956 medio centenar de copias para regalar a sus amigos. Si bien ya sabíamos de su interés por todo tipo de pensamiento que cumpliera al menos dos premisas (que fuera bello y útil), ha sido una agradable sorpresa confirmar el inagotable vigor y la renovada frescura intelectual con que Reyes acotó las ideas físicas de principios del siglo XX.

Su glosa es magistral porque no opaca a los protagonistas de su historia, sino que los expone como un humanista que puede viajar con el Micromégas de Voltaire y que, al mismo tiempo, sabe imaginar lo que los científicos como Albert Einstein acababan de descubrir. Reyes comprende la diferencia entre hablar de supuestos imaginarios e hipotéticos reales pero no es un visionario. Como dice Gabriel Zaid, «si todo poema debe ser intenso y fascinante, los de Reyes decepcionan. Si la prosa no es más que el vehículo expositor de resultados de una investigación académica, sus ensayos aportan poco. Pero el lector que así los vea se lo merece, por no haber visto la mejor prosa del mundo: un resultado sorprendente que este genial investigador disimuló en la transparencia; un vehículo inesperado que les robó a los dioses, y que vale infinitamente más que los datos acarreados. Datos, por lo general, obsoletos al día siguiente: sin embargo, perennes en la sonrisa de un paseo de lujo».[2]

Reyes es un hombre de su tiempo, con un pie en el siglo XIX y otro en la modernidad. Comenta, por ejemplo, la visita de Einstein a la Casa de Estudiantes de Madrid, en 1923. En ese entonces Reyes era secretario de la delegación que representaba al gobierno mexicano en España y quedó tan profundamente impresionado no sólo por las ideas del físico alemán nacionalizado estadounidense, sino por las implicaciones filosóficas y estéticas en el inicio de lo que ahora conocemos como los años maravillosos de la física subatómica y de la cosmología, que escribió con ingenuidad y profunda atención. El riesgo de subir el Monte de lo Improbable era alto, en una época en que la mecánica cuántica era considerada una teoría esotérica y se discutía la existencia del éter en el Universo, cuyos límites apenas alcanzaban nuestra Vía Láctea. Más riesgoso aún el hecho de divulgarlo, aunque sólo fuese entre un grupo pequeño de amigos. Reyes marcó así un camino ejemplar: si te entusiasma, escribe de ello. Glosa bien sin temor a equivocarte.

Así lo hizo en 1938, cuando ya preparaba su viaje de regreso de América del Sur, postergado a petición del presidente Lázaro Cárdenas. Él mismo confiesa en este libro que su fuente básica fue la obra publicada ese año por Albert Einstein y el polaco Leopold Infeld en Nueva York, bajo el título de «El futuro de la física: Desde los primeros conceptos de la Relatividad y la Cuántica hasta nuestros días». Fiel a su estilo, Alfonso Reyes se metió en la escafandra del divulgador y se lanzó a navegar en aguas donde el sentido común deja de tener importancia y la presión revienta lo que sabíamos del mundo a nuestro alcance. Romántico, cree que algún día todos comprenderemos las matemáticas «por intuición». Y no porque esto nunca vaya a ser así nos induce ahora a exhibirlo como una pifia del divulgador aficionado, sino más bien como la transparencia de un genio, en palabras del ya citado Gabriel Zaid, de un «espíritu ensayante», es decir, del genuino escritor que era Reyes.

Testigo de lo inédito, de lo improbable, de lo verdaderamente trascendental, Reyes nos devuelve la humildad a quienes confundimos la transparencia y la sustancia con los fuegos de artificio y la pomposidad. No es que Reyes deba entenderlo todo, en un momento en que la física estaba experimentando una revolución que se estabilizó hasta los años de 1980, pero no comete errores de lectura ni la salpica con intromisiones culteranas. Es claro que no creía en lo más mínimo en la aparente división entre arte y ciencia. Sin embargo, nunca intenta disimular su propia incapacidad de comprender alguna idea de Einstein-Infeld, de Michelson-Morlay, etcétera, con metáforas «poéticas» sino que, como alguien que conoce bien a los clásicos, se mantiene en el papel de médium entre la idea espectral y el público convocante. Como un atento observador, en estos apuntes se recrea recreando un momento histórico de la ciencia más fundamental, sin cuyo conocimiento y derrama tecnológica el mundo de hoy sería impensable.

Regresando a Borges, entre 1899 y 1986, los años que duró su vida, sucedieron la mayor parte de los descubrimientos que nos han permitido hacernos una idea coherente del Universo en el que vivimos y su funcionamiento. Al igual que Picasso en la pintura, quien «interpretó» sin saberlo los nuevos conceptos del espaciotiempo einstenianos, Borges rescató para la literatura las posibilidades de transitar por la escalera del Universo.

Una de las visitas a la tumba del escritor argentino la hicimos con Arturo Fernández (BUAP) y Daniel Tapia Takaki (U. de Kansas). Daniel dirige su propio grupo en el experimento ATLAS, mientras que Arturo fue colaborador del experimento E791-Fermilab, invitado por Gerardo Herrera y hoy en día tiene bajo su dirección al grupo mexicano que ha instalado el detector ACORDE (A Cosmic Ray Detector) en ALICE. Dicho artefacto sirve para estudiar los rayos cósmicos que atraviesan la Tierra, en particular los muones. Con el fin de mostrar su investigación al público que suele venir al CERN a los días de puertas abiertas, a los colaboradores de Arturo se les ocurrió hacer una versión de los plásticos Cherenkov que usan en el detector a fin de que niños y adultos tuvieran la experiencia de «cachar» el paso de un muón. Para hacerlo más gráfico convirtieron las señales que dejan los muones en unas de tipo eléctrico, asignando focos con colores distintos. Más tarde pensaron que podían incluir también tonos musicales, lo cual les permitió anunciarlo como el «piano cósmico», pues al pasar los muones por los detectores se crea una musicalidad aleatoria, que hace las delicias de chicos y grandes donde se presenta. Un músico de jazz lo incluyó en su presentación durante el festival de Montreux.

Los rayos cósmicos ya habían sido estudiados en experimentos anteriores llevados a cabo en el LEP, en particular L3 y ALEPH. Sin embargo, con el perfeccionamiento de los artefactos de detección de ALICE, así como el poder del LHC, el nuevo detector estará en posibilidades de medir estos chorros provenientes del espacio exterior con mucha mayor precisión. Se trata de un conjunto de 60 módulos de plástico cintilador o Cherenkov colocados sobre el imán central de ALICE. Además, la señal generada está siendo de gran utilidad para calibrar, alinear y mejorar el desempeño de otros dispositivos vitales para el correcto funcionamiento del experimento. «Uno de los principales objetivos», me dice Arturo Fernández, «es ahondar en la comprensión de las interacciones nucleares a muy altas energías, aspecto fundamental para entender qué sucede cuando estos rayos provenientes del cosmos interactúan con la atmósfera terrestre. También nos gustaría encontrar eventos raros, exóticos.»

Rosemond me regresa a otros cosmos, el de Borges, y hace referencia a lo que dice el físico argentino Alberto Rojo: «Todo el mundo percibe que su fama (la de Borges) es un Universo en constante expansión. Así, la biblioteca de la Universidad de Michigan (donde Rojo trabaja) tiene más de quinientos libros sobre él pero pocos saben que era un hombre accesible que hablaba igual con un notable como con un desconocido».

A mí me consta. En la Capilla Alfonsina estuvo dispuesto a hablar con un puñado de becarios y aspirantes a escritores, sombras desconocidas para él, sin duda, como las que veo moverse cuando Rosemond y yo cruzamos por las calles laberínticas y pobremente iluminadas del viejo Ginebra. En estos años también me he topado con citas de Borges en textos científicos y de divulgación: «La biblioteca de Babel» se suele utilizar como ejemplo para ilustrar las paradojas de los conjuntos infinitos y la geometría fractal. Rojo nos indica que hay referencias a la taxonomía fantástica del doctor Franz Kuhn en «El idioma analítico de John Wilkins» (según él, favorito de neurocientíficos y lingüistas), así como invocaciones a «Funes el memorioso» para presentar sistemas de numeración. También consigna que «El libro de arena» fue citado en un artículo sobre la segregación de mezclas granulares.

Rojo nos recuerda que «El jardín de senderos que se bifurcan» es el relato donde Borges propone, sin saberlo, una solución a un problema de la física cuántica todavía no resuelto. Publicado en 1941, se anticipa a la tesis doctoral de Hugh Everett III, publicada en 1957 con el título «Relative State Formulation of Quantum Mechanics», y que Bryce DeWitt habría de popularizar como «The Many-Worlds interpretation of Quantum Mechanics».

Las leyes de la mecánica cuántica describen el comportamiento del mundo microscópico; un mundo en el que los objetos son tan livianos que la presión de un rayo de luz, por tenue que sea, puede ocasionar desplazamientos bruscos. Esos objetos (átomos y moléculas invisibles al ojo humano) se mueven e interactúan unos con otros de una manera cualitativamente distinta de como lo hacen las pelotas de tenis, los automóviles, los planetas y el resto de la fauna del mundo visible. Tanto en la descripción del mundo microscópico como en la del macroscópico es útil hablar del estado de un objeto. Un estado posible de una pelota de tenis es: en reposo al lado de la red. Otro estado posible es: a un metro del suelo y moviéndose hacia arriba a una velocidad de un metro por segundo. En este lenguaje, especificar el estado de la pelota de tenis en un momento dado es entonces indicar su posición y su velocidad en ese momento.

Por su parte, las leyes de la mecánica clásica, enunciadas por Isaac Newton, predicen el estado de la pelota de tenis en todo instante posterior si conocemos su estado en el instante inicial. La secuencia de estados no es nada más que la trayectoria de la pelota de tenis. En mecánica cuántica esta descripción no funciona. Los átomos y otras partículas microscópicas no admiten una descripción en la que indicar el estado de la partícula en un momento dado se corresponda con indicar la velocidad y la posición: en mecánica cuántica, especificar el estado de una partícula en un momento dado es indicar una cierta función que contiene la probabilidad de que la partícula esté en un cierto lugar con una cierta velocidad.

Enunciadas en este caso por Erwin Schrödinger y Werner Heisenberg, las leyes de la mecánica cuántica permiten calcular los cambios temporales de esa función de probabilidad (esto es, de la función de onda). Los cambios de estado no son cambios de posición sino cambios de dicha función. Esta es una de las revoluciones conceptuales de la mecánica cuántica: la pérdida de la idea de trayectoria en favor de una descripción en términos de las probabilidades de las trayectorias. A menudo en nuestro mundo cotidiano nos enfrentamos a situaciones en las que el azar juega un papel crucial y cuya descripción requiere un lenguaje probabilista. Con el objeto de comparar dos visiones probabilísticas, la clásica y la cuántica, consideremos el más simple de los experimentos aleatorios del mundo macroscópico, un ejemplo clásico que Rojo también utiliza en su exposición.

Alguien tira al aire una moneda y la retiene en su mano cerrada, digamos Rosemond. Su amiga, Estela, debe predecir si la moneda que Rosemond oculta en su mano cayó águila o sol. Desde el punto de vista de Estela, el estado de la moneda (olvidémonos por el momento de su velocidad) podría describirse por una función de probabilidad (clásica) que indica que cada estado posible, águila o sol, tiene una probabilidad del cincuenta por ciento. Si bien Estela tendrá que esperar a que Rosemond abra la mano para saber si la moneda cayó águila o sol, es «obvio» que la moneda cayó en una y solo en una de las dos posibilidades, y que la descripción probabilística en este caso cuantifica la ignorancia que tiene Estela del estado o posición de la moneda. Cuando Rosemond abre la mano, Estela comprobará que la moneda cayó, digamos, sol.

Por un lado podemos hablar también del cambio de estado de la memoria de Estela, que pasó de ignorar cómo cayó la moneda a saber que cayó sol. Por otro lado, en el proceso de observación, el estado de la moneda no cambió, pues la moneda había caído sol y la observación lo único que hizo fue develar un resultado que existía de antemano. Si se compara este experimento con su equivalente microscópico veremos que, si bien no existen monedas microscópicas, hay sistemas (átomos) que pueden estar en alguno de dos estados mutuamente excluyentes. Esto alude al concepto de «espín» de un átomo, el cual puede tomar dos valores: «arriba» y «abajo». Digamos que tenemos un átomo en una «caja» cerrada (que juega el papel de la mano de Rosemond) y que sabemos que la función de onda del átomo corresponde un cincuenta por ciento para arriba y un cincuenta por ciento para abajo. En analogía con la moneda de Rosemond, si abrimos la caja veremos el átomo en una de las dos posibilidades, y si repetimos muchas veces el experimento preparando el átomo en el mismo estado inicial comprobaremos que aproximadamente la mitad de las veces el espín está para arriba y casi la mitad de las veces para abajo.

Hasta aquí las dos visiones probabilísticas coinciden. Sin embargo, la mecánica cuántica admite la posibilidad de que el átomo esté en una superposición de estados antes de ser observado y en un estado definido después de observarlo. Digamos que Estela tiene ahora un detector capaz de abrir la caja y observar el espín del átomo. Después del proceso de medición no solo cambia la memoria de Estela sino que también cambia el estado del átomo. La diferencia crucial estriba en que antes de que Estela lo observe el átomo está en una superposición de los dos estados. Y no tiene sentido decir que está o para arriba o para abajo, porque el átomo está simultáneamente en los dos estados. Esta peculiar característica, que no tiene cabida en nuestra intuición macroscópica, nos pone en frente de otra de las revoluciones conceptuales de la mecánica cuántica: la pérdida de la existencia de una realidad objetiva en favor de varias realidades que existen al mismo tiempo.

Para Niels Bohr, cuya visión conocemos como la interpretación de Copenhague y que representa la ortodoxia dominante, las entidades microscópicas difieren de las macroscópicas en su estatus ontológico y el problema filosófico se termina ahí. En otras palabras, tiene sentido hablar del estado de una partícula microscópica una vez que ésta ha interactuado con un aparato de medición macroscópico. Pero entonces la dificultad se agrava, porque la teoría cuántica pretende ser una teoría del mundo completa y unificada; y si contiene elementos alarmantes que desafían la intuición en un nivel microscópico, no existe una manera de prevenir que estos efectos propaguen su infección al mundo macroscópico.

La pregunta central, que resume el problema de la medición, todavía hoy sin resolver, puede ser formulada en el contexto de nuestro ejemplo de la siguiente manera: Si tanto Estela como el átomo están sometidos a las leyes cuánticas, y si el átomo está en una superposición de estados antes de la medición y en uno bien definido después de ésta, ¿cuál es el mecanismo por el cual el átomo «elige» un estado y no otro? El consenso generalizado es que la solución de semejante dilema excede a la mecánica cuántica, nos ilustra Rojo, desborda una de las teorías de la física con mayor poder explicativo y de predicción. La única «solución» a la paradoja estaría en la teoría de Everett que, si bien propone una salida coherente, es demasiado rebuscada para el gusto de algunos físicos que la acusan de «placebo verbal», «extravagante» y de acarrear «demasiado equipaje metafísico». Llegamos a la encrucijada central del laberinto: o aceptamos que la mecánica cuántica es incompleta o aceptamos la resistida teoría de los mundos paralelos de Everett y DeWitt, en cuyo caso el mundo sería precisamente el laberinto de Ts’ui Pên, que: «creía en una serie de tiempos, en una red creciente y vertiginosa de tiempos divergentes, convergentes y paralelos. Esa trama de tiempos que se aproximan, se bifurcan, se cortan o que secularmente se ignoran, abarca todas las posibilidades. No existimos en la mayoría de esos tiempos; en algunos existe usted y no yo; en otros, yo, no usted; en otros, los dos» (Obras Completas, I: 479).

Borges dice en el prólogo de Ficciones que «El jardín de senderos que se bifurcan» es una pieza policial. Yu Tsun, espía y protagonista de la historia, debe transmitir el nombre de una ciudad a los oficiales alemanes. Acosado por el implacable capitán Richard Madden, decide comunicar su mensaje matando al sabio sinólogo Stephen Albert porque su apellido es igual al nombre de la ciudad que los alemanes tienen que atacar. Así, cuando los diarios británicos publican la noticia del asesinato de Albert en manos de un desconocido, los alemanes recibirían el mensaje. Yu Tsun encuentra la dirección de la casa de Albert en la guía telefónica y, una vez allí, por obra de una fortuita coincidencia borgeana, Albert reconoce a Yu Tsun como el bisnieto de Ts’ui Pên, un astrólogo chino que ha escrito un libro extraordinario: El jardín de senderos que se bifurcan. Ts’ui Pên se había propuesto dos tareas inconcebibles, construir un laberinto infinitamente complejo y escribir una novela interminable.

Después de su muerte se pensó que había fracasado pues la existencia del laberinto no estaba clara y la novela, además de incompleta, resultaba absurda e incoherente (por ejemplo, algunos personajes morían y reaparecían en capítulos posteriores). Para sorpresa de Yu Tsun, Albert le revela que ha descubierto el secreto de la enigmática novela: el libro es el laberinto, y el laberinto no es espacial sino temporal. El jardín es la imagen del Universo tal como lo concebía Ts’ui Pên, y si aceptamos la hipótesis de Everett, el mundo es un jardín de senderos que se bifurcan.

Volvamos al experimento de Estela y el átomo. Según la teoría de los muchos mundos, en el momento en el que Estela toma conciencia de que el átomo está en un estado definido el Universo se divide en dos copias casi idénticas: en una de ellas el espín apunta hacia arriba, en la otra el espín apunta hacia abajo. En cada medición cuántica el Universo se ramifica, con una componente por cada resultado posible del experimento. En uno de los Universos la memoria de Estela se corresponde con el espín para arriba; en el otro, con el espín para abajo. La secuencia de las configuraciones de la memoria de Estela, o la «trayectoria» de las memorias, es diferente en cada uno de los Universos.

Los dos autores presentan la idea central de maneras muy parecidas. En la sección 5 del artículo original, Everett dice (la traducción es de Alberto Rojo): «La “trayectoria” de las configuraciones de la memoria de un observador que realiza una serie de mediciones no es una secuencia lineal de configuraciones de la memoria sino un árbol ramificándose (a branching tree), con todos los resultados posibles que existen simultáneamente (pág. 321)». Mientras que en «El jardín», Borges dice: «En todas las ficciones, cada vez que un hombre se enfrenta con diversas alternativas, opta por una y elimina las otras; en la del casi inextricable Ts’ui Pên, opta «simultáneamente» por todas. Crea, así, diversos porvenires, diversos tiempos, que también proliferan y se bifurcan» (Obras Completas, I: 477).

Ahora bien, ¿dónde están todos estos Universos? Una respuesta es que pueden estar «aquí», donde está «nuestro» Universo. Según la teoría estos Universos no interactúan, de manera que no hay razón para excluir la posibilidad de que estén ocupando el mismo espacio. Otra posibilidad es que los Universos estén «apilados» en una dimensión extra de la que nada sabemos aún. Esta posibilidad debe distinguirse de las «infinitas dimensiones de tiempo» que Borges menciona en su ensayo sobre J. W. Dunne, en Otras Inquisiciones.

Borges parece ser entonces el primero en formular esta alternativa al tiempo lineal. La otra posibilidad, la de un tiempo cíclico, tiene numerosos antecedentes en culturas arcaicas y en literaturas a las que Borges hace detallada referencia en varios escritos. Con los tiempos múltiples la historia es diferente: «Hume ha negado la existencia de un espacio absoluto, en la que tiene lugar cada cosa; yo, la de un solo tiempo, en la que se eslabonan todos los hechos. Negar la coexistencia no es menos arduo que negar la sucesión» (Otras Inquisiciones, 202).

Según cuenta Rojo, mientras compilaba el material para su ensayo le preguntó a Bryce DeWitt si él tenía conocimiento de «El jardín de senderos que se bifurcan» al escribir el artículo de 1971 donde acuña el término «muchos mundos». Le contestó que no, que se enteró del cuento un año después por medio de Lane Hughston, un físico de la Universidad de Oxford. En efecto, en una recopilación de artículos editada por DeWitt y publicada en 1972, donde se incluye una versión ampliada del trabajo original de Everett aparece un epígrafe en el que se cita a «El jardín», agrega Rojo.

Termina diciendo que si en aquella mañana de julio lo desconcertó la respuesta de Borges, ahora (abril de 2013) la entendía como una metáfora reveladora de lo que puede saberse sin saber que se sabe. Recuerda las palabras de Borges: « ¡No me diga! Fíjese qué curioso, porque lo único que yo sé de física viene de mi padre, que me enseñó cómo funcionaba el barómetro». Su tono, sigue Rojo, fue de una modestia casi oriental, moviendo las manos como si tratara de dibujar ese aparato en el aire. Y luego agregó: « ¡Qué imaginativos son los físicos!».

Rosemond lleva dos girasoles y los recarga en la piedra rúnica, uno es para Ulrica y otro para Javier Otárola.

Capítulo 10

Ciencia ficción vs. Ficción científica

La Ciudad Escéptica despierta inquietudes: en los últimos diez años la población ha pasado de la fascinación por la epopeya científica que se lleva a cabo aquí al recelo por el gasto multimillonario -y a veces al temor irracional. Poco antes de iniciar operaciones en 2008 corrió el rumor de que el LHC podría generar un hoyo negro que se tragaría la Tierra entera; se esparcieron historias, algunas de las cuales sugerían que la máquina más poderosa jamás construida serviría para iniciar un complot encaminado a acabar con el estatus quo, una especie de Vendetta cósmica. El CERN es ideal para inspirar literatura de ciencia ficción (CF), de suspenso y de terror, incluso de ficción científica (FC). Pero, quizá por la tendencia a divorciar las dos culturas (humanista y científica), parece haber un conflicto cuando la imaginación a ultranza se enfrenta al mundo de las ideas e hipótesis científicas, cuando la fantasía fundamentalista termina enceguecida por los prototipos que propone la vanguardia tecnológica.

En la biblioteca del CERN, que nunca cierra cuando el laboratorio está activo, repasé los argumentos del escritor polaco Stanislaw Lem sobre el fracaso de la CF y el errático futuro de la literatura fantástica en nuestros días, envueltas en una inercia por la cual siguen siendo viables en términos comerciales. Según Lem, antes de la literatura rusa del siglo XIX, en particular de Fiodor Dostoievski, los lectores creían en el autor cuasi dios, omnisciente en el mundo que ha creado. Hoy en día todo mundo sabe que los seres humanos actuamos con base en información incompleta, el autor es uno más y, sin duda, no es ninguna divinidad. Al mismo tiempo le es permitido crear mundos interiores que no tienen que ser necesariamente similares al mundo real, sino que muestran desviaciones de éste.

Si bien los cuentos legendarios y las novelas mitológicas también son una desviación del mundo real, contienen «axiomas» (así los llama Lem) que provienen de una tradición antigua, de manera que si uno trata de ser revolucionario y original y no sigue las reglas, se estará alejando de este género. Por el contrario, en la narrativa de CF el autor puede inventar cualquier cualidad pseudo ontológica y atribuirla a sus personajes. Entonces no es tan descabellado suponer que las desviaciones del mundo descrito por el autor en su obra deberían tener un significado y la suma de todas ellas tendrían que mostrar una estrategia coherente, esto es, una intención semántica.

Hay dos clases de literatura fantástica: la que se escribe como una fantasía total o la que se nos ofrece una fantasía transitoria. En el primer grupo se encuentran los cuentos de hadas y la CF convencional; en la segunda, los relatos como los de Franz Kafka. La flora y fauna, por ejemplo, que suele aparecer en la CF no forman parte de un corpus semántico con un significado secreto sino que son simplemente parte del esfuerzo narrativo, descriptivo, totalitario al que el autor debe recurrir con objeto de tratar de convencernos de que su mundo es real. En cambio en relatos como La metamorfosis el autor no pretende que aceptemos la transformación de un ser humano en un insecto por obra de un simple truco fantástico sino que más bien nos propone acompañarlo por el periodo de transición en el que Gregorio Samsa examina y reconoce cada objeto que lo rodea, sin olvidar la manera como se deforma su propia situación social y psicológica. Solo la capa externa de este mundo es fantástica, por dentro se trata de algo profundamente humano y realista, incluso podría decirse naturalista.

Por tanto, la historia puede describir el mundo como es o interpretarlo (valorarlo, criticarlo, mofarse de él), o bien, como sucede con la mayoría de los escritores, puede hacer ambas cosas. La disyuntiva es: ¿la física debe de ser controlada por la moral o debe ser amoral? Si el mundo descrito favorece a los héroes estamos frente a un cuento de hadas clásico, si indaga en los sentimientos ruines y oscuros, entramos en el dominio de los mitos. Las ambiciones evangelizantes edulcoradas con el jarabe del cuento fantástico o del relato mítico han nutrido la CF y «pervertido» la intención de sus autores al tergiversar la autoridad fáctica y experimental de la ciencia con una especie de omnipotencia, por un lado, y al extrapolar por otro las dimensiones aparentemente infinitas del cosmos en un continuo hipotético donde «todo puede pasar, es cuestión de tiempo».

Lem puntualiza el hecho de que el realismo de muchas obras de CF salpicadas de fantasía son, a final de cuentas, fantasías totales, por lo que sus autores están jugando al tío Lelo. Hay quienes piensan incluso que escribir CF convencional es un acto onanista que provoca afantasía, la incapacidad de imaginar lo que nos cuentan, por lo que deberíamos explorar la FC, una ficción que no pretenda describir mundos moralistas, ya sea utópicos o distópicos, ni caer en la tentación de enseñarnos el camino de la redención. Además, desde que aparecieron el cinematógrafo y la manipulación de imágenes animadas es inútil recurrir a artilugios decimonónicos en aras de construir un relato destinado a convencernos de la existencia de otra realidad. A fin de trascender sus propios corsés, la CF o una novedosa FC tendrían que recurrir a la fuerza de los personajes y las consecuencias que resultan de los actos que llevan a cabo acotados por una idea científica o un ambiente tecnologizado.

Releí los cuentos y novelas de William Gibson, Christopher Nolan, Sprague du Camp, Philip K. Dick e Italo Calvino en medio de conferencias sobre las implicaciones científicas de los aceleradores de partículas subatómicas y entre charlas acerca de la ingeniería de los detectores. A diferencia de Calvino, el resto era un puñado de brillantes narradores practicando juegos vacuos cuya única virtud radicaba en crear algunos rompecabezas lógicos, jugar con ciertas paradojas y deslumbrarnos mediante repetidas acrobacias intelectuales.

No fue la primera vez que percibí la fatiga estética de los autores de CF. Veinte años atrás, mientras hacía lab life en Fermilab, encontré algunas razones por las que los extremófilos milenaristas no toleraban las «ñoñerías que degradan la ficción con tema científico». Tenía el sábado libre y me metí a un multicine de la avenida Michigan pues estaban estrenando la versión cinematográfica del libro que hizo famoso a Stephen Hawking, Una breve historia del tiempo. En la sala de al lado proyectaban un documental que despertó mi curiosidad morbosa, pues según decía la sinopsis en una vitrina se trataba de un «serio intento, científico, de desmentir el Holocausto durante la Segunda Guerra Mundial». También compré boleto para esta función.

Después del angustiante y abrumador documental en hawkinés salí a entretenerme en una librería mientras comenzaba la siguiente función y me topé con varios estantes llenos de CF. Era 1992. Recordé lo que un extremófilo del UndLab (Underground Laboratory) me había advertido sobre esta nueva oleada de historias desorbitadas. Egresado de la Universidad de Chicago, había leído a docenas de grafómanos, «quienes tratan de convencernos de que su alucinación es la más florida, entretenida y atrevida en un mundo dominado por el exceso, la socarronería y el autoritarismo».

Y cuando por fin llegó el momento de entrar a la segunda sala descubrí que el documental estaba más cercano a la CF que a la verdad histórica. Sus largas descripciones acerca de lo que realmente significó Auschwitz y secuencias por las barracas del campo de concentración en las afueras de Cracovia trataban de convencernos que el exterminio estaba solo en la cabeza de los que no querían «trabajar para ser libres», el asesinato en masa en ese sitio resultaba ser un cuento que nos han inoculado y debemos expulsar de nuestros cuerpos como un virus. El Holocausto no existió, por lo que no hay culpa que expiar ni daño que reparar. A mis ojos la película se acercaba inesperadamente a ríos de tinta emanados de la CF: una desviación de la realidad científica controlada por ideas de corte moralista.

Capítulo 11

Caminatas dentro de la Ciudad Escéptica

Aquí el propósito es la conquista del espacio interno. Se trata de la mayor empresa científica imaginada y organizada por la humanidad, a la que sólo se le comparan la conquista del cosmos y la observación astrofísica. Hemos visto que la comunidad de cazadores se lanzó desde hace casi un siglo a explorar el espacio íntimo de todo lo que es, desde objetos tan minúsculos como los quarks hasta las galaxias, pasando por partículas exóticas como los neutrinos y los muones, los átomos, los conglomerados de átomos, los organismos y planetas. Incluso de lo que aún no es, como la energía y materia oscuras, y lo que niega el ser, el vacío más allá del muro cósmico, donde la luz todavía no llega.

No olvidemos que los físicos en general son herederos de la filosofía natural cultivada por Nicolás Copérnico, Galileo Galilei e Isaac Newton, por mencionar tres grandes pensadores de otras épocas. De hecho, la posibilidad de navegar fuera de nuestra Tierra no sería posible sin las aportaciones cruciales de esta tribu que no está dispuesta a dejar de responder preguntas filosóficas sobre el origen y naturaleza de la materia visible e invisible, y al mismo tiempo descubre e inventa para regocijo de toda la sociedad.

«Lo que haces por los demás define la manera cómo has vivido», me dijo en alguna ocasión el ya citado Jack Steinberger, Premio Nobel por sus aportaciones al diseño y construcción de artefactos tanto para la aceleración como para la detección de partículas subatómicas, incluidas aquellas que provienen del cosmos, como el neutrino del muón. Jack fue alumno del genial y polémico Enrico Fermi en Chicago, antes de mudarse a Ginebra. Luego de la generación fundadora del CERN, en 1954, como Niels Bohr, Sir George Thompson y Werner Heisenberg, vino la generación de Jack.

En años recientes otras generaciones han tomado la estafeta. Lo que dio inicio como una empresa dedicada a la ciencia pura, cuyo objeto era el estudio del átomo para la paz y el progreso, pero restringida a los países de la Comunidad Europea, con el tiempo devino en una organización internacional que acepta otros miembros asociados e incluso la participación de grupos de investigadores y tecnólogos de países que no pueden pagar la cuota millonaria para adquirir el estatus.

Tal es el caso de México, quien a través de la gestión y esfuerzo de Gerardo Herrera Corral ante instituciones gubernamentales y académicas, grupos de jóvenes científicos mexicanos de diversas universidades e institutos del país han podido tener la experiencia de colaborar en el desarrollo de alguno de los experimentos que, desde 2012, han arrojado resultados. Estos datos, en palabras del doctor Herrera, «tendrán que ser algo más que interesantes».

Con él hemos caminado varias veces por las calles de la Ciudad Escéptica, como esta mañana fría y brillante, cuando tiene la gentileza de tomarse el tiempo para ofrecernos a Rosemond y a mí una visita guiada por las diversas instalaciones que han hecho célebre este sitio. Es un privilegio, dado que si bien hay días de puertas abiertas para los escolares y el público, las visitas para ellos son limitadas. Como he dicho, el Gerardo Herrera lleva años trabajando en ALICE, de manera que tiene acceso a instalaciones donde otros no pueden entrar. La visita transcurre sin riesgos y respetando de manera estricta las normas establecidas.

Aprendemos que la primera gran calculadora del CERN fue una persona, el holandés Win Klein, cuya mente era tan rápida que resultaba capaz de vencer las primeras computadoras electrónicas. Sin embargo, ya en 1958 fue tarea exclusiva de las máquinas binarias el análisis de datos para los científicos que trabajaban entonces en el primer acelerador, un Sincrotón de Protones (PS, por sus siglas en inglés), que fue el principal acelerador desde noviembre de 1959 hasta principios de los setenta, cuando se montó el Súper Sincrotón de Protones (SPS), a su vez antecedente del LEP (Gran Colisionador de Electrones y Positrones, que operó entre 1989 y 2000) y del actual LHC, en el que descansa el futuro de esta ciencia.

Ese año de 1958 se entregó al CERN una computadora llamada Ferranti Mercury, la cual había tomado dos años su diseño y construcción. Gerardo Herrera nos hace darnos cuenta de la vertiginosa manera como han cambiado algunos factores, entre ellos la velocidad mayor de cómputo, la creación de nuevos y más poderosos programas, el dominio de la escala nanométrica como una forma conveniente de almacenar, transmitir y recibir datos, el ingenio renovado para desarrollar novedosos materiales, el concurso de grupos más numerosos y diversos para el desarrollo de un experimento cuántico.

Luego caminamos hasta un sitio llamado «fábrica de antimateria». Entramos a lo que parece una nave industrial. «Aquí», nos dice Herrera, «en lugar de acelerar partículas, se frenan.» En efecto, no todos los experimentos diseñados para operar dentro del CERN buscan llevar pequeñísimos trozos de materia casi a la velocidad de la luz, que es de 300 mil km/s, y hacerlos colisionar entre sí para ver qué hay adentro de ellos y en qué se convierten al salir disparados en todas direcciones. Otros las hacen chocar con el propósito de crear antimateria y ver qué sucede cuando ésta viaja más cercana a la velocidad del sonido que de la luz.

Sin embargo, hoy sólo en Ginebra existe una fábrica de este tipo, ya que puede producir y enfriar sus propios antiprotones de hidrógeno, por ejemplo, y luego desacelerarlos en una pared de cobre o iridio, aproximadamente a una velocidad de 500 kilómetros por segundo. En determinado lugar del laboratorio se han colocado cámaras por donde pasan dichos antiprotones. En ocasiones atrapan positrones y entonces se forman anti átomos de hidrógeno que pueden observarse de manera fugaz antes de disiparse.

Otro experimento con antimateria ha logrado sustituir electrones por antiprotones dentro de átomos, conocidos por ello como «exóticos», y cuyo objetivo es comprender mejor el comportamiento de los sistemas atómicos. Gerardo Herrera nos advierte que para los físicos cualquier variante de la naturaleza, ya sea en altas o en bajas energías, siempre será valioso tratar de conocerla a fondo y luego intentar ver cómo encaja en un mosaico teórico más amplio. En ese momento recordé lo que me dijo el legendario Jack Steinberger con respecto a la imaginación. «Si uno se pregunta: ¿para qué sirve todo esto?, entonces tiene que regresar a la escuela y aprender de qué sirve un concierto escrito por Mozart».

Seguimos nuestro recorrido, ahora por otra instalación que se halla a varios minutos a pie, rumbo a la frontera con Francia. Aún del lado suizo, entramos en otro hangar, con instalaciones hundidas con respecto al nivel el suelo unos 40 metros. Estamos en el sitio donde se prueban detectores de los diversos experimentos que usarán el LHC. Aquí la fuente de partículas es el viejo Sincrotón de Protones, construido en 1959 y con un radio de apenas 6.28 metros. Además, este acelerador surte de partículas al Súper Sincrotón de Protones, terminado en 1976 con un radio de siete kilómetros. El acelerador, llamado en su momento «el señor de los anillos» y en el que se hizo física muy valiosa, hoy sirve para impulsar las partículas hacia el LHC, cuya circunferencia, hemos repetido, alcanza los 27 kilómetros. Hay que recordar que el LEP fue desmantelado en 2000 y en 2008 el LHC comenzó a tomar su lugar dentro de dicho anillo subterráneo. Este acelerador será el laboratorio de diversos experimentos, entre ellos ALICE. Según nos dice el doctor Herrera, el sitio permite a los investigadores de los diferentes experimentos acercarse a lo que será la experiencia real, cuando ya no exista oportunidad de refinar nada y todo tenga que salir perfecto.

Tal es su caso, quien junto con sus colaboradores lograron desarrollar un calorímetro que ha rendido frutos en los pocos meses que el LHC envió partículas hasta la primavera de 2012. El acelerador se apagará dos años para su perfeccionamiento final, antes de volver a arrancar en 2014. Un segundo detector será instalado en un punto muy cercano al chorro de partículas, y por tanto el grupo mexicano será copartícipe de una forma de pionerismo, al explorar zonas de energía y luminosidad que jamás han sido alcanzadas por una máquina similar. Ahí, tal vez, se encuentre una nueva realidad física y surjan nuevas preguntas que responder.

Según nos explica Gerardo Herrera, muy cerca de la línea de detección de ALICE se colocó un anillo de plásticos centelladores, el cual funciona como un ojo que puede discernir en 25 ns, esto es, en 25 mil millonésimas de segundo, si lo que sucedió durante la colisión es pertinente para mantener su registro. Menor un millón de veces a una milésima de segundo es el tiempo que le toma comunicar al resto de las componentes del detector si pueden registrar tal evento. Junto con otro detector que se encuentra al otro lado del haz, determinan si las interacciones ocurrieron en el sitio adecuado. A veces las partículas del haz chocan con algún átomo que se encuentra por ahí. Muchas veces estas colisiones suceden fuera de la región esperada, de manera que si se puede medir el vértice de la interacción, evitarán que se cuele mucho ruido. Otra función del detector es determinar si la colisión fue de frente o si pasaron un poco de lado, lo que ellos llaman un choque periférico.

Continuamos nuestro recorrido por algunos otros rincones del CERN donde se ha escudriñado las entrañas de la materia y la historia de lo que ahí se ha visto está provocando el surgimiento de una nueva estética. Es el caso del experimento llamado TOTEM. Los estudios llevados a cabo en el LHC, también con protones, confirmaron que cuando se lleva a estas partículas subatómicas a altísimas energías (varios millones de electrones voltios) se comportan ¡como si fueran más grandes! Esta peculiar conducta, de por sí algo valioso a explorar, no es lo más espectacular. Sorprende poder construir este complejo científico y alcanzar tales energías. Para darnos una idea de lo que significa llegar ahí, digamos a un Tera electrón voltio (un millón de eV), Gerardo Herrera nos pone el ejemplo de la energía que irradiaría el vuelo de una mosca concentrado en el espacio que ocupa un protón, es decir, ¡10-15 metros!

Durante más de 40 años se han estudiado los protones y, no obstante, aún existen muchas facetas en las que los físicos encuentran preguntas que no pueden soslayar. Si grandes mentes se han dedicado a estudiar estos aspectos extravagantes de la naturaleza, algo debe de haber en ellos. Esto nos resulta evidente cuando volvemos a caminar por las instalaciones secundarias del CERN y entramos en otro laboratorio, donde se hace investigación que nadie se atrevería a calificar de «secundaria». El experimento se llama CLOUD.

Antes de seguir vale la pena hacer notar que en casi todos los experimentos de nuestros días, y no solo de física sino de astronomía y otras disciplinas, está de moda que las siglas no signifiquen lo que normalmente entendemos por un nombre de mujer (Alice) y un elemento religioso de los indios norteamericanos (Tótem). Se trata de acrónimos, de un juego de palabras. ALICE, por ejemplo, quiere decir A Large Ion Colider Experiment. Y al mismo tiempo hay un juego con el personaje literario de Lewis Caroll. Los físicos como Gerardo Herrera experimentarán con un gigantesco detector de iones, los cuales se harán chocar precisamente en el punto de ALICE. Pero también son buenos lectores de literatura. Este experimento está mirando lo que sucede cuando el Gran Colisionador de Hadrones acelera iones de plomo casi a la velocidad de la luz. Cuando esto sucede, en el espacio diminuto del choque se generan temperaturas cien mil veces mayores a las que pueden registrarse en el centro del Sol.

Regresando a CLOUD, su nombre no son siglas sino que, en efecto, está dedicado al estudio de las consecuencias sobre las nubes de iones atmosféricos producto de rayos cósmicos que vienen de alguna esquina de nuestra galaxia. Gerardo Herrera nos advierte que este tipo de estudios no podrían llevarse a cabo si gente como Charles Thomson Rees Wilson no se las hubiera ingeniado para inventar una «cámara de nubes», en su afán de entender la manera como se forman y actúan las gotas de iones. Eso fue a principios del siglo XX y por sus aportaciones Wilson recibió el Premio Nobel de Física en 1927. Tales antecedentes con respecto al estudio de las partículas subatómicas generó una altísima tecnología en las décadas subsecuentes, de la cual se han visto beneficiadas otras investigaciones que no están relacionadas de manera directa con la ciencia que se hace aquí, como es el caso de CLOUD, experimento más cercano a las ciencias de la atmósfera. La idea era entender los mecanismos de formación de los llamados aerosoles. No se refiere a los envases que rocían gotas de algún líquido, sino a diminutas partículas líquidas y sólidas que se hallan suspendidas en la atmósfera y son como las semillas de donde más tarde se formarán gotas de agua, ácido sulfúrico y amoniaco y, si las condiciones lo permiten, nubes de lluvia.

Fue Robert Dickinson, del Centro de Investigación Atmosférica, en Boulder, Colorado, quien descubrió con detalle un mecanismo que podrían seguir las partículas cósmicas para convertirse en aerosoles y, más tarde, en nubes. Su motivo era explicar la variabilidad del clima solar. Sin embargo, otros refutaron sus hipótesis que relacionaban los rayos cósmicos con la formación de las nubes en la Tierra. Dado que hasta ahora ha sido imposible determinar la validez o falsedad del postulado de Dickinson por la enorme cantidad de factores que influyen en una medición sobre la atmósfera real, lo más prudente es recurrir a montar un experimento de laboratorio. Aquí es donde entran en acción la experiencia y facilidades instaladas en el CERN. Si bien los primeros resultados aún son prematuros para concluir si dichos rayos galácticos influyen en nuestro clima terrestre o no, los experimentos siguen adelante.

Al final de nuestro recorrido Gerardo nos reserva la parte más espectacular: el descenso de cien metros a la caverna donde se encuentra el acelerador LHC. Antes hay que recibir un casco y una caja de metal con una botella de oxígeno y una máscara adentro. Tenemos que escuchar las instrucciones con objeto de evitar accidentes y saber qué hacer en caso de que sucedan. Luego hay que pasar a una oficina a obtener autorización, ir a otra oficina y hacerse un escáner de los ojos. Para cruzar el arco de seguridad que da acceso al acelerador, debemos de acercar nuestros ojos a un lector y, enseguida, los escáneres. Estamos en D0, el punto donde hay un agujero por donde cabría un vagón de ferrocarril.

Si camináramos rodeando todo el anillo a buen paso, atravesaríamos la frontera francesa y regresaríamos a Ginebra al día siguiente. Aunque esto no podría hacerse, dado que en los cuatro puntos de detección (ATLAS, ALICE, CMS y LHC-b) las paredes están selladas y solo pasa el tubo por dónde va el haz, más pequeño que el radio de un cabello humano. Damos unos pasos por el túnel. Notamos que algunos segmentos de los súper imanes súper conductores que guían el pequeñísimo haz que corre al centro proceden de diversos laboratorios. «Así es», señala Gerardo Herrera, «hay tubos alemanes de DESY, japoneses de KEK, norteamericanos de Fermilab. La colaboración es internacional y está abierta».

Abierta, sí, a la imaginación de quien sabe tocar las cuerdas de lo factible con la esperanza de encontrar explicación a lo improbable. ¿Hay un futuro? Gerardo cree que está en los aceleradores de estela de campo. Constan de una sopa de gas ionizado, a través del cual se hace pasar un haz de electrones para crear una estela. Enseguida, los electrones que viajan en la parte posterior del haz son acelerados al entrar en la onda que generan los electrones del frente. Según Gerardo, el efecto se parece mucho a lo que ocurre cuando un barco en movimiento deja una estela en el agua generando olas. Los electrones son surfistas montados en las olas para ganar aceleración.

Llega el momento de despedirnos por ahora de estos herederos del espíritu cultivado por los filósofos naturales, los alguna vez llamados cazadores de partículas, considerados verdaderos internautas de la materia, genuinos exploradores del espacio interno que sostiene el Universo entero. Gerardo Herrera debe continuar atendiendo sus obligaciones como investigador de ALICE.

Capítulo 12

LH... C’est pas sorcier!

El hombre a cargo del tablero da un sorbo a su taza de café. Examina con detenimiento los signos vitales, como si se tratara de un gigantesco organismo vivo. Deja la taza a un lado y escribe algo en su computadora. Sin ver, activa el altavoz del teléfono, mientras continúa tecleando. Me mira, sonríe levemente. Pide a quien se halla al otro lado de la línea telefónica que verifique el apagón. El LHC, la máquina más poderosa jamás imaginada por la humanidad, cuyo arranque inicial fue azaroso y, no obstante, ha significado una gran hazaña de la imaginación científica y la invención tecnológica, acababa de ponerse a reposar por largo tiempo. El gran oso de Ginebra regresa a su cueva a invernar.

Cuando visité por primera vez al doctor Lyn Evans hace varios años era el responsable de echar a andar el LHC. Hoy ha sido testigo de su puesta en pausa, luego de haber arrojado una avalancha de datos, muchos de ellos interesantes para cientos de físicos en todo el mundo. A Lyn le ha sido encargado un nuevo e importante proyecto del CERN. No es ocioso repetir que la creencia de que existe una realidad atómica subyacente es antigua. Leucipo y Demócrito pensaban que los elementos constituyentes esenciales de la materia no eran la tierra, el agua, el fuego y el aire, y por tanto no habían sido descubiertos. Incluso Estrabón (siglos I a.n.e. y I) como Sexto Empírico (siglos II y III) atribuyen al mítico Mosco de Sidón (siglo XIV a.n.e.) ser el primero en concebir este pensamiento atomista. Leucipo esbozó con mayor claridad la idea de que la materia no es, a final de cuentas, atómica, sino que puede dividirse más y más, siempre y cuando contemos con el cuchillo adecuado.

Ahora bien, para cortar trozos de materia cada vez más pequeños y estar en posibilidades de detectarlos, hay que mirarlos. Dado que no podemos hacerlo a simple vista, los científicos idearon artefactos que cumplieran esta doble tarea de rebanar y ver. Así se inventaron el cuchillo o acelerador de partículas y sus microscopios, los detectores. Si llevamos pedazos de materia a casi la velocidad de la luz y los hacemos chocar entre sí, podremos romper su coraza electromagnética y saber si están constituidas o no de partes aún más pequeñas.

La tarea no ha sido fácil desde que Ernst O. Lawrence construyera el primer acelerador de partículas, como dijimos, con un radio de 13 cm. En éste se aplicaba una descarga de apenas dos mil voltios con objeto de empujar las partículas invirtiendo de manera constante sus polos magnéticos así como del campo por donde circulaban y lograron alcanzar la energía de 80 mil electrón-voltios. Comenzaron a descubrirse una variedad inédita de partículas más pequeñas que los átomos, sin olvidar que ya se veía con alguna claridad que, en efecto, éstos se hallaban constituidos por trozos de materia aún más diminutos. Por ello los aceleradores comenzaron a crecer tanto a lo largo como en redondo, a fin de controlar la enorme energía que habría de alcanzarse al tratar de mirar algo tan pequeño. Se construyeron lineales como el SLAC (Stanford Lineal Accelerator Center) y redondos como el Fermilab, en las praderas de Illinois. El diámetro de la caverna circular donde descansa el LHC abarca 27 kilómetros, una parte en suelo francés y otra en terreno suizo, y la energía que alcanzó en 2011 fue de varios millones de millones de electrón-voltios.

También a principios del siglo XX se detectaron los rayos cósmicos, una verdadera lluvia de partículas, una más exótica que otra, que viajaban casi a la velocidad de la luz y venían del espacio profundo. Algunas eran inocuas y otras no tanto. En la segunda mitad del siglo XX la producción artificial de partículas para hacerlas chocar, ver qué hay dentro de ellas y luego rastrear su paso hasta entender en qué se convierten, así como la detección de la lluvia cósmica, disparó los presupuestos destinados a esta clase de ciencia. Países como los Estados Unidos, Rusia, Gran Bretaña, Japón, Francia y Alemania instalaron aceleradores lineales y circulares (estos últimos llamados sincrotones). Además de los mencionados SLAC y Fermilab de los Estados Unidos, han destacado por su ciencia y capacidad de establecer relaciones con otras disciplinas científicas, muchas de ellas aplicadas, DESY en Hamburgo, KEK en Tsukuba y el sincrotón de Dubna, Rusia. Hoy en día, y sin implicar que no se haga investigación importante en otros sitios, el laboratorio más vanguardista y ambicioso en el mundo dedicado a la ciencia pura es el CERN. A fines del siglo XX hubo un debate sobre si esta «mega ciencia» debía continuar o no recibiendo semejante financiamiento. Ya cité al prestigiado científico italiano, Luciano Maiani, en ese entonces director general del CERN, quien, palabras más palabras menos, me dijo: «No existe pequeña ni gran ciencia, solo buena o mala ciencia. Si uno desea pasear por la costa de una bahía, no requiere más que de una embarcación sencilla. Pero si uno intenta cruzar el océano, debe contar con un gran buque y estar preparado a todo».

Regresando al proyecto que Lyn Evans tiene ahora a su cargo, precisamente su propósito es desarrollar y construir el Súper LHC, un «remolcador» que afinará la capacidad de detección del acelerador. Le pregunto qué significa el CERN para él, luego de todas estas décadas entregado a semejante empresa científica. ¿Cómo podría resumir su espíritu un galés afable pero reservado, un británico de pocas palabras?

—Estimulante —respondió, lacónico.

Yo esperaba que me hablara de la colaboración, de lo fascinante que resulta andar detrás del rastro de una partícula esquiva, caprichosa como una diva, así como de un estado de la materia desconocido. Pero el doctor Evans tenía razón. Al cabo de trece años de visitar este sitio pude reconocer que no es solo espectacular y catedralicio, ni tampoco se restringe a ser una arena de feroz competencia intelectual. Es un lugar, sí, de puertas abiertas al curioso, donde uno puede encontrar rimas agudas que logran pasar a la página en blanco y los físicos agitan la sonaja del tiempo. De manera que para adentrarse en las entrañas de la materia necesitamos contar con un espíritu abierto y practicar la curiosidad. Pero no podemos ser cualquier clase de fisgón. Como opinaba el gran escritor británico Gilbert K. Chesterton con respecto del estudio del cosmos, es pobre el que se conforma con meter el átomo en su cabeza. Los más avezados y curiosos intentarán meter su cabeza dentro del átomo, no importa cuántos enredos cuánticos tengan que padecer.

La idea de Chesterton gira en torno a la capacidad de predicción de la comunidad científica que ha desfilado por estos pasillos durante los últimos 58 años. La mecánica cuántica no es algo esotérico sino un método preciso para comprender la naturaleza en dimensiones tan cortas y a velocidades tan altas. Para mirar lo asombrosamente pequeño se diseñan artefactos, chips, nuevas aleaciones, materiales inéditos, programas de cómputo, todo ello como parte de una hazaña, tal vez deba decir de un alarde en el dominio del electromagnetismo que revoluciona el mundo desde hace poco más de cien años, cuando se controló el flujo de la electricidad para todos. Si uno se adentra por los laboratorios del CERN tendrá la impresión de que se trata de un escenario industrial. No obstante, casi todo es artesanal y los diseños son originales.

Como habrá percibido el lector, el nombre de Luis Hervas se ha repetido en esta bitácora. Y es que desde hace años converso con él, un ingeniero español afincado en Suiza que hace realidad las maneras que los físicos eligen para meter sus cabezas dentro del átomo. Luis me ha ilustrado sobre la manera como el diseño, construcción, puesta en marcha, operación, mantenimiento y resolución de problemas imprevistos no se resuelven más que con una mente de artesano. «Una actitud que corre en paralelo con la manera en que discurren los físicos», aclara, «son como los artistas pero lo bueno es que nunca pierden la brújula, esto es, siempre se apegan a la experimentación como criterio de verdad».

Entre ambos grupos de científicos y tecnólogos existe una sinergia que ha escalado la creatividad de manera que podemos entender muchísimos aspectos de la naturaleza del Universo y del comportamiento de la materia, lo cual ha despertado nuevas interrogantes. ¿Por qué existe la materia luminosa como las estrellas, los planetas, nosotros mismos?, ¿de qué están hechos el resto de la materia y la energía que no vemos? Al haberse encontrado la partícula evasiva, ¿se completará una etapa científica difícil de superar? Se habla del diálogo entre físicos teóricos y experimentales a propósito de estos temas pero poco se sabe del intercambio de ideas entre ingenieros como Luis Hervas y los investigadores a cargo de los diversos experimentos que se llevan a cabo en la Ciudad Escéptica.

Para averiguarlo, el LHC despertó de su larga hibernación en 2014, ya que un pequeño descuido en una soldadura en la conexión eléctrica de dos imanes en la cadena que conforma el acelerador se calentó lo suficiente para estropear la criogenia, fugar helio líquido y detener abruptamente el experimento la madrugada del 19 de septiembre de 2008. Siete años más tarde el haz superó la energía jamás alcanzada por una máquina similar, hazaña que repitió en 2016. Las colisiones han sido fantásticas y los eventos se multiplicarán por millares cada segundo. Se calcula que, si esta información se almacenara en Cds apilados en una columna, alcanzarían una altura de unos 20 kilómetros. Era imposible guardar los datos que recogen los detectores en un grupo de servidores locales. Se necesitaba, por tanto, del concurso de la comunidad internacional. Entonces se inventó el «grid», una nueva y poderosa red de cómputo parecida a la Web, creada aquí mismo en 1989. Se determinó llamarla con un sinónimo puesto que ambas redes son similares pero no iguales. En 2010 el director de Investigación y Desarrollo Tecnológico del CERN, el doctor Fréderic Hemmer, me adelantó: «Dado que se trata de cómputo distribuido, es probable que beneficie más a las empresas que al público usuario de internet. El impacto podría ser enorme». De hecho, ya lo tuvo, pues ha estimulado la competencia con los desarrollos de las empresas privadas.

El LHC da servicio sobre todo a cuatro experimentos con sus respectivos y colosales detectores, los cuales se encuentran ubicados en otros tantos puntos del anillo, muy alejados entre sí, más otros dos relativamente pequeños: TOTEM y LHCf. El más grande de los detectores es ATLAS, si consideramos su propósito científico (en principio, encontrar el bosón de Higgs, ya consumado, y generar una nueva física), su presupuesto (varios millones de euros) y el número de sus colaboradores (varios miles de todo el mundo). Tan sólo el consumo de energía eléctrica para mantener en funcionamiento el LHC es de unos 19 millones de euros anuales. Una parte importante de este consumo de energía se dedica a mantener el sistema de imanes superconductores a una temperatura de entre 1.8 y 4.2 K. Sin embargo, la eficiencia de la tecnología que permite la superconducción en los imanes hace que el consumo nominal del LHC no sea mucho mayor que el anterior acelerador, el SPS, aunque el primero sea mucho más grande y poderoso.

Vale la pena recordar que muchos de los nombres que reciben las partículas no guardan relación alguna con el objeto nombrado y pertenecen a estrategias mnemotécnicas. Es el caso de las cualidades de extrañeza y encanto, de los sustantivos bosón, hadrón y leptón, de la designación de los quarks de abajo y de arriba, entre muchos otros. La explicación radica en el profuso panorama que se abrió a lo largo del siglo XX, luego del descubrimiento de este submundo lleno de partículas que forman familias con un comportamiento característico cada una de ellas, y a las que había que llamar de alguna manera.

Asimismo, las partículas, al igual que las estrellas, pueden llevar el apellido de una persona, por lo general su descubridor. En el caso del bosón de Higgs, se llama así debido a que, entre otros, el físico teórico escocés Peter Higgs supuso su existencia en 1964. Desde entonces los físicos experimentales se lanzaron a la búsqueda de esa diminuta partícula. Encontrarla fue crucial para empezar a explicar cómo en el nivel microscópico los cuerpos adquieren su masa. Cincuenta años después no había sido posible acumular la suficiente evidencia experimental para determinar su existencia hasta el verano de 2012. Esto quería decir que, o bien no se había alcanzado la energía donde debería aparecer, de modo que se tengan tantos datos como para poder rastrearlo paso a paso, o bien no existía. Lo primero fue cierto.

«Ese era el sentido de mi metáfora cuando intitulé a mi libro La partícula divina», repito aquí lo que me dijo alguna vez Leon Lederman, «la metáfora se refería al hecho de que hablamos de algo que creemos que existe, pero que nadie hasta ahora (1994) ha visto.» Lederman fue descubridor en 1977 de uno de los seis quarks, el de abajo, los cuales conforman las partículas masivas más elementales hasta ahora encontradas en el Universo. Precisamente ALICE ha comenzado a estudiar un estado de la materia desconocido, el plasma de quarks y gluones. Es oportuno saber que nunca se habían detectado quarks libres, sino siempre confinados en tripletas dentro de los protones y los neutrones, hasta 2014 que se encontraron tetra y pentaquarks. Los gluones, por su parte, son partículas que actúan como una especie de pegamento universal y permiten la estabilidad material de los objetos.

Finalmente se acumuló el suficiente número de eventos para determinar la existencia de dicha partícula de Higgs. Como me explicó en noviembre de 1999 Torsten Akesson, líder de ATLAS entonces, la resistencia de los cuerpos en movimiento, su masa, proviene de un campo que llena todo el espacio y que se manifiesta en forma de una partícula bosónica. El Higgs surge cuando gluones provenientes de los protones que interactúan se funden a fin de producir un quark top, que es muy pesado y no llega a ser factible, pues permanece en un estado virtual y desaparece enseguida en un proceso de aniquilación que da lugar al Higgs. Este dura 10-21 segundos y, a su vez, desaparece para dar lugar a fotones o dos bosones Z, los cuales también decaen en leptones, por ejemplo, muones.

Sin embargo, nos advierte Luis Álvarez Gaumé, causó desconcierto en la comunidad el que la masa del Higgs encontrado en el LHC sea tan ligera, debería ser mucho mayor siguiendo un principio de coherencia, de dependencia de escalas de energía que pronostican las teorías alrededor del Modelo Estándar de la Materia. «Esto implica un desafío: explicar qué es lo que «protege» a una partícula que debería ser más pesada, incluso más que el quark top». Luis también confía en que, como toda buena teoría, replantea preguntas fértiles y abre nuevos espacios de experimentación y reflexión. Más que cálculos se necesitan ideas frescas.

Por otro lado, los físicos de ALICE, como el líder del grupo, Paolo Giubellino, suponen que a unos veinte microsegundos después del Gran Estallido (Big bang) que dio origen al Universo tal y como lo conocemos, éste se encontraba en dicho estado plasmático donde navegaban libres los quarks y los gluones. Uno de sus objetivos era probarlo y lo hicieron en 2012. «Ahora», me dice el decano del equipo mexicano que colabora desde hace 15 años en CERN, Gerardo Herrera Corral, «es probable que surja una física interesante y, en el mejor de los casos, inesperada.»

Un tercer detector es el espejo de ATLAS y se llama CMS, cuyas siglas se refieren al trabajo que hará un gigantesco imán de tipo solenoide, compacto, que también intentó detectar el bosón de Higgs, como lo hizo con éxito ATLAS. Además, de una manera muy fina y compleja registra el paso por la Tierra de los muones. Como dijimos, estas partículas provienen del cosmos y son parecidas a los electrones pero unas 200 veces más pesadas.

Luis Álvarez Gaumé cree que en esta evidente escalera del Universo, donde lo increíblemente pequeño se conecta con la inmensidad del cosmos, existe un orden subyacente que no hemos descubierto aún. «La siguiente escala es la gravedad, que es inmensa», asegura. Esa es una de las misiones del cuarto de los grandes detectores que se pondrán a prueba aquí en los próximos años. Su nombre, LHC-b, se refiere a que estudiará partículas «beauty» y con ello inferirá las causas de por qué un segundo después del origen del Universo la antimateria había desaparecido.

El LHC contiene un sensor de temperatura con fibra óptica capaz de medir temperaturas por debajo de 1.4o K, esto es, -271o C. Asimismo, se inventó un nuevo tipo de cristal para la detección de luz, el cual ya es utilizado en artefactos que usan PET (Positron Emission Thomography). El GRID, nueva red de cómputo distribuido para el manejo y análisis de datos emanados de los diversos experimentos, ya ha producido derrama en el área médica: en Europa se ha puesto en marcha el proyecto Mamo-Grid, una aplicación para el almacenamiento y uso de mamografías. Esta clase de investigación científica sofisticada, ambiciosa y cara despierta resquemores. ¿Por qué lo hacen?, le pregunté a Jack Steinberger, una de las leyendas vivas de este laboratorio, a donde vienen jóvenes investigadores de todo el mundo con la ilusión de conocer a sus héroes. Jack me dijo: «Por varias razones éticas, pero sobre todo por razones estéticas. Es, sobre todo, a causa de una búsqueda de belleza en el más amplio de los sentidos.» Y me lo dijo en el mismo restaurante principal donde lo encontré la última vez. En el jardin del restaurante se exhibió durante algún tiempo un segmento de los imanes superconductores que fueron contaminados en el accidente de septiembre de 2008, al que se le agregó la leyenda: «LH... C’est pas sorcier!», « ¡el LHC no es cosa de brujos!». En efecto, parte de esa búsqueda tiene que ver con el humor y, al mismo tiempo, con reconocer que los humanos y sus artefactos a veces pueden fallar.

Capítulo 13

La epopeya de ATLAS

Álvarez Gaumé se queja de ese periodismo «de pisa y corre», de los apresurados medios que exigen que les expliques la neta del planeta (de hecho, del Universo) en un dos por tris. «Hay una hazaña en el diseño de los fierros», agregó, «en la gestación de las entrañas de estos aceleradores y detectores; deberías contarla, pero eso exige más tiempo y no todos están dispuestos a invertirlo.»

Estaba cumpliendo mi sexto año de frecuentar la Ciudad Escéptica, así que lo tomé con filosofía. Al regresar al hostal y preparar mi comida la tarde se aligeró, pues me encontré con estudiantes de diversas nacionalidades, algunos de los cuales habían roto el hielo días antes. Así me enteré de que la mayoría de ellos venían a hacer entrenamientos doctorales y, los menos, posdoctorales, sobre todo al experimento ATLAS. Les pregunté si habían bajado a la caverna y habían mirado con sus propios ojos el detector, cuyos datos les servirán para sus cumplir propósitos académico-laborales. Si bien algunos dijeron que sí, la mayoría puso cara de: « ¡qué ganas!», pero el trabajo es absorbente y los días se pasan como agua. Entendí sus razones, es como el parisino que nunca visita la torre Eiffel, y no por indolente sino por falta de tiempo. Aun así, merece el esfuerzo. No importa cuán corto andes, nunca cometas el crimen de la omisión.

La inquietud de Luis Álvarez era legítima, de manera que comencé a repasar videos de mis visitas a la construcción de los detectores. Escenas y explicaciones que había pasado por alto, algunas por el exceso de tecnicismos, comenzaron a adquirir significado para el lego curioso que había estado dormitando en mí. Todo el cablerío y dispositivos que rodean el diminuto haz tienen su forma particular, ya se trate de ALICE, ATLAS, CMS o LHC-b.

Según me cuenta Peter Jenni, quien está en ello desde el principio, ATLAS surgió en el otoño de 1992 a partir de la colaboración de dos grupos de cazadores que habían encontrado coincidencias de objetivos en una reunión previa, en marzo de ese año en Evian. Un par de años más tarde ya se había concebido casi como se encuentra ahora, tanto el tipo de calorímetros como el campo magnético que habrían de usarse. Pero no así el detector interno, el cual fue diseñado y aprobado en 1997.

En 2002, bajo la dirección de Robert Aymar, ATLAS sufrió un fuerte recorte financiero, de manera que se pospuso la construcción de algunas partes del diseño original, e incluso otras se suprimieron para siempre. Aun así, ha sido una aventura excepcional. Ya dije antes que con otro Luis, Luis Hervas, hemos platicado durante años sobre el experimento más grande de la humanidad. Como experto en electrónica avanzada, conoce bien el diseño y funcionamiento de las componentes de los detectores. Desde inicios de 2007 a fines de 2013 me dio un punto de vista claro y distinto al de los físicos experimentales.

La primera de las virtudes de este aparato toroidal es que se puede servir del LHC para llevar a cabo diversos tipos de experimentos. Su primer propósito era buscar el bosón de Higgs, pero luego de haberlo conseguido y de poner al día una buena parte de sus dispositivos de detección y rastreo, ATLAS se dedicará los próximos años a encontrar evidencia de las partículas súper simétricas y, quizá, de dimensiones extra, así como encontrar evidencia que explique la masa tan ligera del bosón de Higgs. Peter Jenni caracteriza este experimento multitudinario como una asombrosa transformación de la física de altas energías que se hacía a fines de la década de 1980, que él ha vivido para contarlo.

Cuando uno baja a la caverna de inmediato llama la atención el sistema de imanes superconductores, dispuestos como una dona alrededor del LHC. Es el cuchillo de Demócrito más grande jamás construido y, por tanto, requiere de la colaboración de dos mil físicos como Jenni, ingenieros de excelencia como Hervas y centenares de personas en el área administrativa. A veces tomamos café con Luis en el recibidor que conecta los edificios de ATLAS y CMS. Por momentos la gente va y viene, conversa, toma café, come un sándwich. Parece como si estuviéramos en el centro de la ciudad, donde la moneda de cambio son partículas subatómicas.

El experimento mide 46 m de largo, alcanza una altura de 25 m y un ancho de otros 25 m. Pesa siete mil toneladas, todo ello como una cebolla alrededor del LHC en un punto bajo tierra del cantón de Meyrin. Es un experimento revolucionario y clásico al mismo tiempo, dado que empuja la necesidad del inventor de llevar al extremo postulados básicos. Los artefactos que llevan a cabo el rastreo de las partículas con carga eléctrica revelan su paso al ionizar materia. Al hacerlas pasar por un campo magnético pueden usarse para medir la curvatura de la trayectoria, es decir, el momento de dicha partícula, lo cual nos ayuda a saber qué tipo de partícula ha pasado por ahí. A diferencia de anteriores artefactos, las huellas no se hacen visibles sino a través de señales eléctricas que se convierten en datos binarios. De esta manera, un programa reconstruye los patrones que han trazados las trayectorias rastreadas por ATLAS.

Luis Hervas me describe cómo el detector registra e identifica las partículas secundarias que se producen en las colisiones. Hay que conocer sus posiciones en el espacio, sus cargas, velocidad, masa y energía. Ese es el papel de los sub detectores, cuchillos democritenses más especializados. Cada uno desempeña una función particular en la reconstrucción de las colisiones. Un sistema de imanes completa el diseño de esta particular pieza de artesanía para gigantes, cuya función consiste en separar las diferentes partículas que salen disparadas según su carga eléctrica, lo cual permite medir su momento. Semejante propiedad física es una cantidad que ayuda a los físicos a conocer la masa y la velocidad de dicha partícula.

Existen dos tipos de artefactos, unos muy cercanos al punto donde interactúan los haces de partículas, llamados cámaras de vértice. Otros, las cámaras de muones, se encuentran en las capas exteriores, pues este tipo de partículas son las únicas capaces de viajar varios metros a través de un material denso, como el de ATLAS. Enrique Fernández me mostró en 2001 parte del calorímetro hadrónico que estaban construyendo en la Universidad Autónoma de Barcelona en Sabadell. Luego lo vi montado en CERN y me causó la misma sensación de familiaridad que tuve cuando el mismo doctor Fernández me mostró una de las cámaras de MAGIC en Sabadell y luego la vi montada en la isla de La Palma. No solo una sensación de ver algo ya conocido, sino de confianza en el futuro, en saber que la gente está comprometida a resolver desafíos técnicos complejos y lo consigue. Peter Jenni espera que este calorímetro ofrezca buena luminosidad para encontrar partículas súper simétricas.

Ese mismo 2001, y dado que no había entonces gran actividad científica, se llevó a cabo en las instalaciones de CERN un congreso de la Public Communication of Science and Technology Network (PCST-N). Entre lo mucho fructífero de este grupo internacional de académicos y difusores de ciencia y tecnología fue que durante la primera reunión, llevada a cabo en Montreal entre el 10 y el 13 de abril de 1994, decidimos abrir la primera red social por internet de charlas y discusiones cotidianas sobre temas afines, monitoreada y distribuida originalmente por Bruce Lewenstein desde la Universidad de Cornell a partir de junio de ese año. Durante la siguiente reunión de Berlín, en 1997, la convocatoria creció y en esa reunión de Ginebra 2001 había teóricos de la comunicación de la ciencia de muchas partes del mundo tratando de establecer un diálogo con quienes se dedican a la divulgación sin un aparato teórico muy elaborado. «Nos dimos cuenta que los problemas de la cultura científica son parecidos en los diversos países», me dijo Bruce. El propósito desde entonces fue involucrar a jóvenes entusiastas que deseen tomar la estafeta cuando esta generación se haga vieja, de manera que en un futuro no muy lejano la ciencia y la tecnología formen parte de la cultura popular.

Recordando el accidente del 19 de septiembre de 2008 en el LHC con Luis Hervas, le pregunto cómo les afectó. Sin duda una falla tan temprano en el acelerador produjo una gran incertidumbre. ¿Cuánto se había dañado y qué tiempo tomaría repararlo? A los pocos días, recuerda Luis, quedó claro que no habría más partículas corriendo por el anillo en varios meses, pues en el sector 3-4 de los imanes superconductores las uniones no habían resistido la potencia y se habían calentado a tal grado que contaminaron la cámara de vacío, al igual que varias decenas de segmentos del LHC.

Luis cuenta que, una vez alcanzada la temperatura ambiente en ese sector, pudieron entrar cuadrillas especializadas con objeto de cepillarlos y remover el óxido que se formó. Algunos fueron llevados a la superficie y, como vimos antes, uno de ellos terminó en los jardines junto al restaurante, al menos por un tiempo. Finalmente se regresó a la caverna. Mientras tanto los diversos equipos como el de Luis en ATLAS aprovecharon para refinar algunas partes que desde antes de que se cerrara por primera vez, en mayo de 2008, sabían que no eran las óptimas, ya por diseño o simplemente porque es electrónica que envejece sin haber visto partículas. Pone el ejemplo de ciertos alimentadores de corriente eléctrica que deben estar muy cerca del calorímetro, pero dado que ahí adentro el espacio es crítico, el diseño debía ser muy compacto y, al mismo tiempo, capaz de proporcionar la energía requerida. El experimento necesita 60 de este tipo. Según nos cuenta Luis, la compañía que los hizo por primera vez tuvo varias deficiencias hasta que se dieron cuenta de que no resistirían una década en servicio. Ellos mismos han tenido que rediseñar estos alimentadores junto con otra empresa privada. Mientras, entre 2009 y 2012, tuvieron que hacerle adaptaciones a fin de que funcionaran. Aun así la madrugada del 30 de noviembre de 2009 el LHC alcanzó una marca histórica en cuanto a energía: 1.18 TeV

Una vez más viene a mi mente la idea de que cuando uno camina por las entrañas de estos gigantescos cuchillos de Demócrito la sensación es de que uno está en un complejo industrial. Y, sin embargo, la mayor parte es una obra artesanal, como lo demuestra lo que nos acaba de relatar Luis Hervas. Esto es a lo que se refería Luis Álvarez Gaumé cuando pedía que alguien hiciera la crónica y mostrara el significado de esta maraña ordenada de cables y fierros. Desde luego, es una obra no exenta de riesgos, pues habrá partes que tendrán radiactividad al cabo de un tiempo. Habrá que sacarlas y enterrarlas. Otras se harán caducas de manera natural, por el simple paso del tiempo.

En el comando central de ATLAS Luis me presenta a Jorge Mikenberg, quien es el artífice de que Israel esté presente en el CERN. Lo primero que nos cuenta es la manera como logró convencer a una oficial médico del ejército suizo de abandonar a su aburrido novio del mismo cuerpo militar y casarse con él. Un día el despechado se presentó en el aeropuerto de Ginebra para mostrarle su arma e intentar disuadirlo o desaparecerlo del mapa. Mikenberg salió ileso, el tipo entendió que había sido derrotado en la arena del amor y, al cabo de diez años, se casaron. En ese momento su matrimonio acumulaba 126 meses, siete días, dieciséis horas, treinta minutos, veinticinco segundos, todos ellos de felicidad pura.

Gracias a su incansable esfuerzo Mikenberg ha logrado que docenas de jóvenes físicos no sólo de Israel sino incluso algunos palestinos, o bien muchachos mexicanos de escuelas judías, vengan a CERN y hagan estancias breves e intensas. La charla con Jorge me confirma el hecho de que este experimento es reflejo de la verdadera voluntad de cooperación internacional.

Otro ejemplo es SESAME. No lejos de Allan, 35 kilómetros al suroeste de Amman, la capital de Jordania, se levanta sobre una loma un edificio blanco de dos pisos, cuya bóveda azul turquesa resalta en medio del follaje verde del pequeño bosque que rodea el lugar. La fachada blanca conserva el estilo sobrio de la región de Al-Balqa. Se trata de SESAME, siglas que en español significan Luz de Sincrotón para una Ciencia Experimental y Aplicada en el Medio Oriente. El sitio es un enorme cuadrángulo dado que adentro hay un anillo. Su interior alberga también una fuerte esperanza, me dice Eliezer Rabinovici, de la Universidad Hebrea. ¿Cuál es esa?, le pregunto. «La de hacer ciencia de primera en un contexto enriquecedor y comprensivo de las diferentes culturas», responde.

En efecto, aquí se encuentran trabajando juntos jordanos, palestinos, egipcios e israelíes en el diseño y construcción de un tipo de acelerador de partículas, llamados fuentes de luz de diamante por su pureza, precisión e inocuidad para observar estructuras muy finas como células vivas, virus, bacterias, o bien estudiar nuevas aleaciones y moléculas químicas. A la fecha se han inscrito nueve países, de manera que para cuando el sincrotón esté en pleno funcionamiento investigadores de Bahrein, Chipre, Irán, Paquistán y Turquía se unirán a los de Israel, Egipto, la Autoridad Palestina y el anfitrión, Jordania, a fin de hacer ciencia aplicada.

«Algo más que eso», dice Rabinovici, «hemos pugnado desde hace 15 años por fomentar una cultura de respeto y cooperación, de cordialidad y trabajo de excelencia.» Los primeros años, desde 1999 hasta 2002, fueron muy duros. Rabinovici recuerda momentos amargos de incomprensión dentro y fuera de Israel debido sobre todo a la fuerte tendencia a sospechar del otro. Así, en las discusiones académicas no son los investigadores israelíes ni los europeos comprometidos con llevar luz de diamante a Medio Oriente quienes llevan la pauta. Sin importar su juventud y falta de pericia en la ciencia experimental, se discuten las ideas de los investigadores turcos, iraníes, palestinos con la misma seriedad e intensidad. Las cartas están sobre la mesa, pues de lo que se trata es de fomentar una cultura científica.

De hecho, se llevan a cabo encuentros regionales desde hace años a los que asisten los más destacados, quienes provienen de talleres y programas de adiestramiento que se han llevado a cabo previamente en diversas escuelas. Sin embargo, los obstáculos para conseguir financiamiento y pasar a la fase experimental persisten. En principio, los países que firmaron el acuerdo de cooperación científica no están obligados a financiar la construcción de este nuevo sincrotón. Las naciones ricas de la zona, como Irán, Jordania, Israel y Turquía, son renuentes a poner dinero por razones políticas.

Pero gracias a la voluntad de dos ex directores de CERN, Herwig Schopper y Christopher LLewellyin Smith, este último presidente del consejo directivo de SESAME, el panorama parece mejorar, pues en fecha reciente la Unión Europea asignó al proyecto 7.5 millones de euros y los gobiernos de los países mencionados aceptaron contribuir con cinco millones cada uno, más dos millones de Italia. Por su parte, Alemania, Francia, Rusia, España y los Estados Unidos han donado equipo que enriqueció la calidad de los programas de adiestramiento.

En 2002 se decidió construir un anillo nuevo con una capacidad de acelerar partículas a 2.5 GeV (Giga electrón-volts). Comparado con los 7 TeV (Tera electrón-volts), es una insignificancia. Pero, como dije, el propósito de estos artefactos no es hacer ciencia fundamental sino aplicada. No intentan escudriñar la estructura fundamental de la materia sino explorar con mayor fineza objetivos más grandes que el interior del átomo. Lo que se producirá en el anillo de Allan serán rayos X cien mil millones de veces más brillantes  que los que se usan en los hospitales, suficiente para realizar investigación de calidad.

Como dije, otro de los activos promotores de atraer los minúsculos grupos de gente de Medio Oriente y Sudamérica que están destacando en la física subatómica es Jorge Mikenberg, quien ha llevado jóvenes chilenos y uruguayos al CERN, en Ginebra, de manera que se fogueen en las grandes ligas. Mikenberg colabora en el colosal experimento ATLAS y tiene a su cargo el diseño y construcción de nuevos detectores, más finos y poderosos. Para ello ha estado entrenando investigadores de Sudamérica, Canadá y China. Me cuenta que tampoco ha sido fácil, pues, por ejemplo, en algunas pruebas llevadas a cabo en Fermilab (Batavia, Illinois) tuvieron que lamentar la ausencia de colaboradores a los que se les negó la visa para ingresar a los Estados Unidos. Gracias a los buenos oficios de Jorge, las reticencias de algunos países de la Unión Europea, que durante años rechazaron el ingreso de Israel como país miembro del CERN, terminaron desvaneciéndose.

Proyectos como SESAME tampoco las tienen todas consigo. Hay que reeducar a los participantes a fin de que aprendan a trabajar en equipo y a participar en las discusiones técnicas y científicas. Para ello deben hacer su mejor esfuerzo y aprender a expresar sus ideas. Por otra parte, hay que mantener el sitio, y eso cuesta. Algunos creen que habría que abandonar «ideas descabelladas». Pero los cazadores de partículas piensan distinto y saben que la aventura escudriñando las entrañas de la materia continuará únicamente si se libra la batalla en contra del medievalismo oscurantista que ahoga esta región del mundo.

Capítulo 14

Sueños catedralicios

La figura del director general en CERN es la de un verdadero líder, alguien que representa las aspiraciones más profundas de esta comunidad científica; una especie de patriarca que, al mismo tiempo, sabe lidiar con las diferentes autoridades cuya decisión sobre el presupuesto es determinante. El lector se imaginará que los recursos que se necesitan para mantener al menos los próximos veinte años esta Ciudad Escéptica no son poca cosa. Los estados miembros aportan cantidades millonarias a fin de que todo funcione conforme a lo planeado.

A lo largo de los años he tenido la oportunidad de charlar con cinco directores generales. A algunos los he citado ya en estas páginas. El primero que visité cuando había dejado de ser director general pero mantenía un laboratorio en CERN fue Carlo Rubbia. Premio Nobel en 1984 por haber descubierto las partículas W y Z, Rubbia estaba trabajando en 1999 en un reactor nuclear cuya fuente sería un acelerador de partículas y sería enfriado con plomo. Más tarde se involucró en el almacenamiento y generación de energía solar. Hoy en día el prototipo nuclear de Rubbia es factible aunque aún parece onerosa su construcción.

Me dejó la impresión de estar frente a un innovador compulsivo; al mismo tiempo, me hizo pensar por primera vez en que todos estos amigos de la intimidad atómica compartían un sueño catedralicio. Al igual que las catedrales góticas, sitios como SLAC, Fermilab, Dubna, DESY, KEK y CERN pueden considerarse empresas extravagantes en las que se cultiva un conocimiento que parece encontrarse más allá de lo evidente. A Sir Christopher Lewellyin Smith lo conocí en el departamento de Física teórica de la Universidad de Oxford algunos años antes de que fuera nombrado director general de CERN. Bajo su gestión se aprobó la construcción del LHC y cuando dejó Ginebra se sumó al equipo paneuropeo de especialistas en educación superior. Cuando lo volví a ver hizo una defensa mesurada de esta «gran ciencia», como empezó a ser llamada desde fines de la década de 1980. Según él, el gasto estaba justificado y ampliamente recompensado por la derrama tecnológica que la cacería de partículas había dejado tras de sí. Sobre todo, los mecanismos de recompensa social y avance científico se están dando de manera sólida y crítica.

Luciano Maiani sucedió a Lewellyin Smith en 2000. Maiani provenía de la comunidad del CERN, donde había hecho investigación de punta que casi lo hace merecedor del Premio Nobel por su predicción del quark charm (encanto) y posterior consolidación del mecanismo GIM (las iniciales de Sheldon Lee Glashow, John Iliopoulos y el mismo Maiani). Maiani fue uno de los más finos intérpretes de la cromodinámica cuántica (QCD) y pionero de la súper simetría; en su calidad de director alentó el perfeccionamiento de los detectores, así como del acelerador, y promovió la discusión sobre los alcances de los diversos experimentos. De pronto los corredores y comedores de la Ciudad Escéptica comenzaron a llenarse de nuevo. Al mismo tiempo, quedaba claro que los norteamericanos no habrían de construir ningún Súper Colisionador en Texas, uno lineal y que había sido el sueño del Premio Nobel Steven Weinberg. Entonces grupos importantes de diversas universidades de los Estados Unidos comenzaron a integrarse a los experimentos del CERN. De hecho, en 2012 y hasta 2014 Joe Incandela, de la Universidad de Chicago, fue líder de CMS. Alguna ocasión conocí a un mexicano del área de súper cómputo que venía a CERN registrado como parte de la Universidad de Michigan.

El problema de Maiani fue que su generosidad puso nerviosos a los dirigentes de la Comunidad Europea, así que lo reemplazaron en 2004 con un buen administrador, Robert Aymar, quien había dirigido el Ministerio de Energía Atómica de Francia. Menos cercano a la comunidad del CERN, tuvo a su cargo la penosa tarea de presionar a los investigadores para que el LHC arrancara lo más pronto posible. Cuando hablé con él estaba convencido de que la física de altas energías se encontraba en un proceso de transformación. En un momento de la plática en ese conocido quinto piso me confesó que era partidario de la fusión nuclear. En 2008 dejó de ser director de CERN y se unió al fascinante proyecto de Grenoble.

Después de la amarga experiencia con un «forastero», la comunidad del CERN clamaba por alguien conocido, experimentado, respetado. Se consultó con el oráculo viviente, el físico teórico británico John Ellis, así como con otros ilustres cazadores de partículas, y surgió el nombre de Rolf Heuer. Proveniente de DESY, Heuer vino a CERN varios años atrás y consolidó una carrera como experimentalista. Cuando hablé con él, casi me convenció de que esto ya no había que verlo de manera tan bizantina, sino como una empresa rentable. Los sueños catedralicios eran parte de una leyenda gótica que, a los ojos de Heuer, nunca se acercó a la realidad de la ciencia y la tecnología que se han hecho aquí desde 1954.

Heuer es aficionado al futbol, como tantos. Pero tiene un gusto peculiar: si no puede asistir al estadio, prefiere escuchar la radio. La historia antes que el espectáculo. ¿Y en la cancha donde el juego sucede casi a la velocidad de la luz? «El propósito es la conquista del espacio interno», me responde. «Los actores de hoy son herederos del estilo esencial de Nicolás Copérnico, Galileo Galilei, Isaac Newton y Albert Einstein», agrega John Ellis. El tránsito por la escalera del Universo no sería posible sin las aportaciones cruciales de esta tribu, la cual responde a los ataques del equipo enemigo bombardeándolo con experimentos duros e ingeniosos driblings en forma de preguntas filosóficas sobre el origen y naturaleza de la materia visible e invisible. Pone centros escépticos que terminan en goles fácticos, descubre e inventa para regocijo de la sociedad.

El nombramiento de Fabiola Gianotti como directora general del laboratorio de investigación científica más grande y costoso del mundo es un hito social, pues se trata de la primera mujer en ocupar un cargo tan importante en la administración de ciencia europea. Conocí a Fabiola cuando era líder de ATLAS, el experimento que ha llevado a un extremo riesgoso la física al interior del átomo. Reconoció que el descubrimiento del bosón de Higgs y la consolidación del Modelo Estándar de la Materia llevarían esta ciencia a un estadio similar al que ostentaba en los años treinta del siglo XX. Todo encajaba perfectamente y nadie creía que fuera el final pero ninguno tenía la menor idea qué camino seguir. Y al igual que entonces las interrogantes abiertas son amplias, como la ligereza del Higgs señala por Luis Álvarez.

La misión de Fabiola a partir de finales de 2015 ha sido encaminar durante los siguientes cuatro años la enorme fuerza intelectual que anima las calles de la Ciudad Escéptica hacia una nueva estrategia experimental, sobre todo si al alcanzar el LHC su potencia máxima de intensidad y precisión a los 14 TeV (Tera electrón-volts) no se encuentra una nueva, exótica, desconocida familia de partículas. Es un momento clave para los cazadores de lo nimio.

Fabiola me recuerda la participación y actitud de algunas otras mujeres en momentos trascendentales del descubrimiento científico, entre ellas, Caroline Herschel y Mary Fairfax Somerville, quienes desempeñaron un papel notable en la astronomía de su tiempo, tal vez no como protagonistas pero sí llevando a cabo aportaciones decisivas con su acuciosidad en el trabajo cotidiano. Le pregunto quiénes son sus heroínas y menciona a Marie Sklodowska Curie y Lise Mietner. Como la recientemente nombrada directora, cuyo interés y dominio de la música alcanza un nivel profesional, ellas también cantaron.

Heredera de las habilidades, espíritu y visión de un hijo dilecto de San Petersburgo, segregado por razones políticas y quien terminó enseñando física y matemáticas en una escuela gubernamental de Varsovia, Marie S. Curie fue más allá que su padre porque se sumergió en el estudio de la ciencia y la literatura. Al combinar el agua y el aceite en su propia maquinaria humana hizo maravillas. Su primer trabajo, «Sur les propriétés magnétiques des aciers trempés», estaba escrito con tal pulcritud que el químico Henry Le Chatelier la invitó a colaborar en una revista para los industriales y políticos de Francia. Podía leer e interpretar en su idioma original a Dostoyevski, Marx, Proust, Orzeskowska y Kasprowicz. Por su parte, el trabajo experimental de Lise Meitner en radiactividad y el estudio del núcleo atómico también resultó de grandísimo valor para la ciencia que se hace hoy en CERN.

Ada Lovelace es idolatrada por las mujeres que se dedican a la programación de computadoras. La serie televisiva que revive el principio de los años 80s, durante la batalla por construir las primeras máquinas portátiles, Halt and Catch Fire, llamó mi atención porque el personaje femenino principal es llamada la «Ada Lovelace del siglo XX». Fue hija de Lord Byron, cuya madre tenía talento para las matemáticas. El poeta, impresionado, la llamaba «princesa de los paralelogramos» y fue él quien insistió en que la niña recibiera educación matemática temprana. Al cabo del tiempo conoció a Charles Babbage, un ordinario y destacado inventor de Cambridge, fanático del prestigiado inventor de autómatas belga, John Merlin. Entonces surgió un romance intelectual de grandes consecuencias para el Imperio Británico y, en general, para la humanidad. Babbage logró corregir los errores en las cartas de navegación marítima e inventó la primera computadora, mientras que Ada concibió los primeros compiladores, de manera que el cómputo fuera eficiente y sencillo.

Rosalind Franklin tuvo una suerte trágica, dado que su trabajo revelando la estructura íntima de la materia viva implicaba grandes daños a la salud de las personas. Ayudó a esclarecer la estructura del ADN pero no se le reconoció sino de manera póstuma. La vida, sin embargo, nos depara sorpresas y parece ajustar cuentas. Rosalind murió en el anonimato, mientras que James Watson ganó el Nobel junto con Francis Crick. Hace pocas semanas Watson tuvo que subastar su medalla, ya que nadie quiere seguir financiando su investigación al haber caído en la tentación de vincular las diferencias en la inteligencia humana con una condición racial.

Como me dice Fabiola, Rosalind siempre será recordada por su labor meticulosa, eficaz y apegada a los hechos. Por su parte, Marie S. Curie nos enseñó que ganar un Premio Nobel no es suficiente para pretender la gloria. Ella lo ganó dos veces y siguió siendo una persona nutrida por la sencillez, la coherencia política y un gusto por el bienestar humano. Sin duda se ha logrado completar un ciclo, que puede remontarse a los días de Leucipo y Demócrito, pero en todo caso «la catedral» sigue en construcción. De acuerdo, hasta la de Gaudí encontrará algún día su punto final. Pero siempre habrá un espacio donde se reunirán dos equipos de personas y se preguntarán cómo hacerlo mejor, cualquier cosa, desde una silla más cómoda hasta un experimento para descifrar la naturaleza de la materia obscura. Y entonces al ver que un equipo actúa, el otro se propondrá ir más allá.

Capítulo 15

En la casona de Voltaire

Un invitado de honor al festival de las coincidencias es François-Marie Arouet, conocido como Voltaire. En el pueblo francés de Ferney, fronterizo con Ginebra, se encuentra la casa del célebre filósofo, quien se convertiría en benefactor de la localidad desde 1758 y hasta nuestros días.

Voltaire estudió en el colegio Louis-le-Grand de París entre 1704 y 1711. El abate de Châteauneuf, quien era su padrino, lo introdujo en la sociedad libertina del Temple. Hacia 1713 fungió en La Haya como secretario de la embajada francesa, pero un idilio con la hija de un refugiado hugonote lo obligó a regresar a París. Inició la tragedia Edipo en 1718 y, fiel a su temperamento, escribió unos versos políticamente incorrectos dirigidos contra el regente, por los cuales fue encarcelado en la Bastilla, en 1717. Una vez libre, lo desterraron en Châtenay. Allí adoptó el seudónimo de Voltaire, anagrama de ÁROUET L(e) J(eune) y del lugar de origen de su padre, Airvault.

De hecho, la cadena de coincidencias se remonta a febrero de 1726, pocas semanas antes del duelo que Voltaire tuvo con un hombre adinerado e influyente de París, a quien mató. Si no se hubiera empeñado en buscar desagravio a la burla, no hubiera tenido que refugiarse en Inglaterra, donde asistió a las exequias de Isaac Newton. Impresionado también por la hazaña intelectual del filósofo natural de Cambridge, regresó a Francia y se volvió ardiente partidario de la mecánica newtoniana. Publicó sus Cartas filosóficas en 1734, las cuales enfurecieron a los parlamentarios de París. Huyó a la Lorena, en ese entonces estado independiente, y se instaló en una casona de Cirey, propiedad del Marqués de Châtelet.

Pronto Voltaire se enamoró de Emilie de Breteuil, marquesa de Châtelet, a quien conoció un año antes de publicar tales cartas, también llamadas irónicamente «inglesas». No era difícil que Voltaire sintiera una fuerte atracción por Emilie, pues además de su belleza física, destreza ecuestre y con la espada, sabía de matemáticas y física. Se dice que lograba vencer a los húsares y deslumbrar a los más brillantes intelectuales. En el castillo de ella se llevaron a cabo tertulias literario-científicas y entre ambos, en medio de un romance intenso, tradujeron del latín al francés Principia de Newton. En 1738 Voltaire publicó su obra de divulgación, Elementos de la filosofía de Newton, donde se encarga de difundir el mito de la manzana. Emilie era tan avezada en matemáticas que se embarcó de manera muy seria en entender la naturaleza de la energía, dejando pasmado al mismo Voltaire y a su antiguo amante, Maupertius, quien llevó a cabo un importante experimento en Laponia a fin de demostrar la hipótesis newtoniana de que la Tierra no era una esfera perfecta.

Los visitantes de Cirey, como Bernoulli, podían quedarse semanas, incluso meses. Al igual que en Ferney, Voltaire recibió una propiedad hecha pedazos y dejó un edificio sólido, un vergel que hoy en día sigue dando trabajo a mucha gente. A lo largo de los años he sentido la presencia del filósofo de maneras muy variadas, por ejemplo, en una obra de teatro de Ferney-Voltaire, en una feria de cerámica de la región de Gex y en el mercado sobre ruedas de los sábados. De alguna manera percibimos el espíritu emprendedor, el amor al trabajo y la pasión por el conocimiento de Voltaire, los cuales se desprenden de los relatos que hacen las guías mientras recorremos la casona.

Cuando la he recorrido por mi cuenta o junto con Rosemond, puedo imaginar la fuerza del pensamiento que Emilie usó para entender las fuerzas básicas de la naturaleza. Si bien ella nunca estuvo en Ferney, no es difícil pensar en el viejo Voltaire, entristecido por su muerte, acaecida en 1749, pues llegó un momento en que tuvo que cumplir sus deberes maritales con el marqués de Chatelet. Al embarazarse en edad tardía, a los 40 años de edad, Emilie murió debido a una infección una semana después del parto y Voltaire sufrió una gran depresión. En la casona de Ferney puede verse un retrato de ella mostrando el esplendor de su belleza.

Rosemond y yo nos unimos a una guía, quien nos cuenta la historia de este ciudadano honorario de la Ciudad Escéptica.

Un altercado con el caballero Guy Auguste de Rohan Chabot, en el que fue apaleado por los lacayos de éste (1726), condujo a Voltaire de nuevo a la cárcel de la Bastilla. Al cabo de cinco meses fue desterrado a las islas británicas (1726-1729). La corte de Londres, así como los medios literarios y comerciales británicos, le dieron la más cordial bienvenida. Publicó Henriade (1728) y obtuvo un gran éxito teatral con Bruto (1730); en la Historia de Carlos XII (1731) tejió una dura crítica de la guerra y la sátira El templo del gusto (1733) le atrajo la animadversión de los ambientes literarios parisienses. Pero su obra más escandalosa fueron las Cartas filosóficas o Cartas inglesas (1734), en las que Voltaire convierte un brillante reportaje sobre Gran Bretaña en una severa alusión al régimen francés. Se le dictó orden de arresto, pero logró escapar, refugiándose en Cirey, donde la marquesa de Châtelet le proveyó de una vida acorde con sus gustos de trabajo y trato social (1734-1749).

Rosemond me hace notar el estilo con que la guía se refiere al romance del siglo XVIII. De hecho, se sabe que Voltaire la conoció fugazmente muy joven y luego, un año antes de su huída a la Lorena, se habían visto en la Ópera de París. Seguimos escuchando a la guía.

El éxito de su tragedia Zaïre (1734) movió a Voltaire a intentar rejuvenecer el género, por lo que escribió Adélaïde du Guesclin (1734), La muerte de César (1735), Alzire o los americanos (1736), Mahoma o el fanatismo (1741). Menos afortunadas son sus comedias El hijo pródigo (1736) y Nanine o el prejuicio vencido (1749). En esta época divulgó los Elementos de la filosofía de Newton (1738).

Rosemond me hace ojitos. Se trata de la primera traducción del latín al francés. La guía continúa.

Ciertas composiciones, como el Poema de Fontenoy (1745), acabaron de introducirlo en la corte, para la que realizó misiones diplomáticas ante Federico II. Luis XV le nombró historiógrafo real e ingresó en la Academia Francesa (1746). Pero no logró atraerse a Mme. de Pompadour, quien protegía a Crébillon; su rivalidad con este dramaturgo le llevó a intentar desacreditarle, tratando los mismos temas que él: Semíramis (1748), Orestes (1750), entre otras. Su pérdida de prestigio en la corte y la muerte de Mme. du Châtelet (1749) movieron a Voltaire a aceptar la invitación de Federico II, quien era fanático de sus reflexiones. Durante su estancia en Potsdam (1750-1753) escribió El siglo de Luis XIV (1751) y Micromegas (1752), relato fantástico que continuó la serie de cuentos iniciada con Zadig (1748).

Después de una violenta ruptura con Federico II, Voltaire se instaló cerca de Ginebra, en la propiedad de Les Délices, en 1755, donde chocó con la rígida mentalidad calvinista. Rosemond me recuerda que hemos visitado la catedral donde Calvino hizo tantos discursos públicos sobre la nueva moral. Dado que no era del agrado de Luis XV, Voltaire se afincó en una zona fronteriza, como era su costumbre desde los días de Cirey. En poco tiempo la propiedad era productiva, daba empleo y la gente protegía al gran filósofo. En esa época no había hostal en Ferney, así que en la casona de Voltaire podía uno tener una cena y pasar la noche en medio de una animada conversación sobre poesía, política y ciencias.

Las aficiones teatrales de Voltaire y el capítulo dedicado a Servet en su Ensayo sobre las costumbres (1756) escandalizaron a los ginebrinos, de manera que se diluyó la amistad con Rousseau. Su irrespetuoso poema sobre Juana de Arco, La doncella (1755), y su colaboración en la Enciclopedia chocaron con el partido «devoto» de los católicos. Frutos de su crisis de pesimismo fueron el Poema sobre el desastre de Lisboa (1756) y la novela corta Cándido (1759), una de sus obras maestras. Se instaló en esta propiedad de Ferney, donde Voltaire vivió durante dieciocho años, convertido en el patriarca europeo de las letras y del nuevo espíritu crítico; aquí recibió a la élite de los principales países de Europa, representó sus tragedias (Tancrède, 1760), mantuvo una copiosa correspondencia y multiplicó los escritos polémicos y subversivos, con el objetivo de «aplastar al infame» fanatismo clerical.

Sus grandes obras de este periodo son el Tratado de la tolerancia (1763) y el Diccionario filosófico (1764). Denunció con vehemencia los fallos y las injusticias de las sentencias judiciales (como fueron los casos de Calas, Sirven y La Barre, entre otros). Liberó de la gabela a sus vasallos, que pudieron dedicarse a la agricultura y la relojería. Poco antes de morir (1778) se le hizo un recibimiento triunfal en París. En 1791 sus restos fueron trasladados al Panteón. La guía de turistas nos muestra documentos de un hombre afortunado que pudo mantenerse en el quehacer, en la reflexión productiva.

Mientras nos apartamos del grupo, Rosemond me hace notar el carácter cientificista de un hombre enamoradizo, apasionado y diligente. Luego me lleva al jardín, desde donde podemos mirar el Mont Blanc. Eso nos orienta para saber dónde se encuentra el CERN. Rosemond piensa que dos obras se hallan inmersas en el espíritu de los cazadores de partículas de la Ciudad Escéptica: Cándido y Micromegas. Simplemente el nombre de este último personaje extraterrestre, lo micro y lo enorme, lo infinitesimal y lo galáctico, representa un rumor que se pasea por los pasillos de ATLAS, ALICE, CMS, LHC-b, CLOUD, TOTEM, ISOLDE.

En cuanto a Cándido, Rosemond piensa que los paralelismos con la Ciudad Escéptica son similares. No se dan las cosas por sentadas pero en el fondo se es optimista. Cuando hacia el final del relato Pangloss le dice a Cándido que si no hubiera sido por todo ese periplo, no estarían ahí, éste asiente y le contesta: «Muy bien dicho, pero no dejemos de cultivar nuestro jardín». Yo le hago caso a Rosemond y a Voltaire.

Capítulo 16

Creadores de la Web

En uno de los pasillos del edificio tres del CERN se encuentra una placa, la cual recuerda que ahí se concibió la World Wide Web. Robert Cailliau fue uno de sus creadores. Cuando lo conocí acababa de diseñarle a Apple su primer navegador a fin de que las Macintosh de la empresa pudieran incorporarse al nuevo mundo de la WWW, concebida por Tim Berners-Lee y asistido por el mismo Robert a fines de la década de 1980.

«La idea era aprovechar las capacidades del hipertexto y comunicar laboratorios de altas energías como SLAC, Fermilab, KEK, DESY y CERN casi instantáneamente», me contó el ingeniero holandés. Le platico a Cailliau que, además de partículas, me he visto obligado a aprender un poco de Unix y TeX, y responde: «De eso nunca te arrepentirás».

Robert y Tim siempre tuvieron clara la idea de lo que querían: abrir esta poderosa herramienta de comunicación al público con elementales reglas de convivencia. Más tarde Cailliau creó el primer proyecto Web para la Comisión Europea, WISE, junto con Fraunhofer Gesellschaft. Bajo su supervisión se puso en marcha un primer sistema de verificación de identidad para una navegación segura y pugnó por la estandarización de los cables, hasta que por fin apareció el USB.

«Es como la vida misma», me dice Robert, «no puedes ir metiendo las narices en los asuntos privados de los otros o atropellar al prójimo mientras surfeas. Ni tampoco puedes tratar a los ciudadanos como si fueran sólo potenciales e influenciables compradores, sino que es necesario darles la posibilidad de ser usuarios libres.»

Vino a Ginebra muy joven, en 1974, cuando inició la década dorada de esta física. En los siguientes años el ingenio para reinventar, por ejemplo, los detectores, se vio enriquecido por sus ideas, las cuales repercutieron en el entorno computarizado de la comunidad del CERN. Parece que fue ayer cuando Rutherford y su equipo se encerraban en un cuarto oscuro para ver y contar a ojo pelón las cintilaciones generadas por las partículas alfa que golpeaban pantallas de sulfuro de zinc. Luego, en los años de 1930 y 1940 inventaron y usaron las «memoriosas» cámaras de niebla, un sublime compendio de lo que se sabía sobre los estados de la materia, poniéndose a la vanguardia de los procesos automáticos de gran velocidad.

Más tarde los desafíos científicos trajeron nuevos detectores, entre ellos la estrella californiana, la más rápida del oeste en los alocados años de 1950: la cámara de burbujas. En los psicodélicos años de 1960 aparecieron otros detectores no menos alucinantes, como las cámaras de centelleo. Hoy en día los detectores que rodean el LHC en cuatro sitios cavernarios pueden contener la más extravagante ensalada de aleaciones, metales raros y peligrosos, cables únicos e industriales en una empresa, como he dicho, eminentemente artesanal, pues se diseña y montan muchos artefactos casi a mano.

A pesar de que esta hazaña electromagnética (concentrar tanta energía en un espacio inimaginablemente pequeño) es lo fascinante del CERN, muchas veces los reflectores apuntan hacia la invención de las páginas Web. Para un escritor interesado en los cruces de la imaginación científico-tecnológica con las invenciones literarias y artísticas haber sido pionero del internet fue una casualidad afortunada. En 1989 la NeXT de Tim Berners-Lee era la única máquina que, desde Ginebra, hospedaba la incipiente Web. Creció hacia DESY, la Gran Bretaña, SLAC y Stanford, más tarde otras universidades de Norteamérica, entre ellas la UNAM, adquirieron sus primeras súper computadoras y el Cinvestav pudo conectarse. Curiosamente, Francia estaba un poco al margen debido a que apostaba a su minitel, una máquina muy ingeniosa y sin futuro. El 30 de abril de 1993 el CERN hizo público el software para entrar en la WWW. En 2016 se puso en marcha aquí la restauración de las coordenadas originales (URLs y otras instrucciones) que se utilizaron entonces.

Como casi cualquier empresa humana, sin la labor y el talento del grupo «erwise», de Peter Dobberstein, Jean-François Groff, Dan Connolly, Tony Johnson, Paul Kunz, Eelco van Asperen, Nicola Pellow, Pei Wei, Bebo White, Willem van Leeuwen, Carl Barker, Alain Favre, David Foster, Bernd Pollerman, Johntan Streets, James Whitescarver y Arthur Secret, la red se hubiera quedado como una cosa de extravagantes cazadores de partículas y ahora su memoria quedaría en el olvido.

Navegar por el hilo analógico-digital en los inicios de la década de 1990 resultó ser una experiencia única, irrepetible, que pude haber dejado pasar si hubiese sido insensible a este fenómeno humano. Pero eso no era posible, pues las enseñanzas de Tito apuntaban hacia otro lado, el del verdadero ingenio y la imaginación donde quiera que éstos se encontraran. Estuvieron, pues, un lapso efímero en el internet pero ahora regresaron a lo básico, a los fierros y diversos soportes que están creando una inteligencia artificial inesperada, distinta a lo que los académicos conocen como IA, más parecida al cibionte concebido por el escritor científico Joël de Rosnay. Se trata de un supra organismo que irá integrando de manera cotidiana productos emanados de la cultura cibernética a seres vivos hasta que su propia evolución los lleve a moldear una nueva identidad.

Capítulo 17

ALICE en el desierto de los tártaros

«Así estuvimos durante casi veinte años, esperando a un enemigo que nunca llegaba», me dice Paolo Giubellino, aludiendo a la novela de Dino Buzzati. Paolo, líder de uno de los experimentos físicos más ambiciosos jamás imaginados, tuvo que enfrentar varios adversarios desde muy joven cuando inició su carrera en este proyecto particular. Entre ellos, uno mortífero: el cáncer linfático. Así que, a diferencia de lo que le sucede al joven oficial Drogo en dicha novela, quien nunca ve la llegada de los tártaros, los que han custodiado el puesto de avanzada de ALICE y han vivido para contarlo merecen ser escuchados.

El día nos permite caminar por el paseo Ernst Rutherford, una de las principales avenidas de CERN. Esta diminuta metrópoli forma parte, como he dicho, de un país imaginario, el del Escepticismo, cuyos habitantes tienen el propósito primario de encontrar mejores explicaciones a eventos aparentemente resueltos, como el de que existan cuerpos y objetos masivos o las causas profundas de que las últimas formas de materia conocidas hasta ahora, los quarks, aparezcan siempre confinados y nunca en libre soledad.

Atravesamos la calle de Einstein y seguimos hasta el callejón de Ernst O. Lawrence, rumbo a la cafetería central. Si no tuviéramos el tiempo contado, nos detendríamos y pondríamos flores en un monumento inexistente al padre de los aceleradores de partículas subatómicas. Gracias a Lawrence podemos preguntar: ¿cómo se encuentra ALICE al cabo de veinte años?, ¿está saliendo del desierto tártaro? Recordemos que este acrónimo quiere decir A Large Ion Collider Experiment e inevitablemente alude a los juegos que encontramos en la ficción de Lewis Carroll. Los nombres de algunos otros experimentos aquí son acrónimos, otros no. Por ejemplo, ACORDE, ATLAS, ALPHA, AWAKE, DIRAC, ISOLDE y TOTEM suenan familiares, a diferencia de LHC-b y nTOF.

«Sin duda la naturaleza es generosa con nosotros», afirma Paolo, «ya que cuando nos vimos por primera vez, en 1989, el objetivo principal era recrear las condiciones del Universo tres microsegundos después del Big bang y saber si en verdad existía entonces un caldo plasmático compuesto de quarks libres. No solo lo conseguimos sino que hubo sorpresas. El enemigo apareció y abrió varios frentes.»

Paolo divide en dos tipos las máquinas aceleradoras de partículas, inventadas por Lawrence y desarrolladas por muchos otros, entre ellos el mago Robert Wilson: las de precisión y las de exploración. El Gran Colisionador de Hadrones es tan poderoso y flexible que permite ambos tipos de registros. Experimentos como LHC-b son de muy alta precisión, mientras que ALICE será más bien una punta de lanza en tierra ignota; explorará, digamos, las colisiones entre núcleos. Cuando dos núcleos chocan en el gigantesco anillo casi a la velocidad de la luz, generan por un brevísimo instante una gota material de muy baja viscosidad y muy alta temperatura, muy parecida a la que existió en la sopa primordial del Universo.

Vale la pena observar que todos estos experimentos se llevan a cabo al estilo Rutherford, obviamente uno de los ciudadanos ilustres de la Ciudad Escéptica. A principios del siglo XX, el neozelandés bombardeaba un blanco, una lámina de oro muy fina, con partículas alfa y así trataba de deducir la naturaleza física de dicho blanco. Cabe aclarar que en su época los átomos eran vistos como piezas de Lego.

«Ahora sucedió un evento anti Rutherford», afirma Paolo, con una sonrisa en los labios. «Al disparar átomos contra la fina lámina de oro, Rutherford dedujo que no se trataba de una pared de ladrillos tipo Lego, sino de bolitas duras donde se concentraba la materia, las cuales quedaban incrustadas en la hoja laminar usada como blanco. También notó que entre ellas había un enorme espacio de separación, equivalente al que existe entre las estrellas. En los últimos meses hemos visto lo contrario a lo que encontró él, esto es, que al bombardear con chorros de núcleos una de estas gotas, las más calientes y densas jamás producidas en laboratorio, los chorros siguen de frente, como si atravesaran una gelatina. Pierden un poco de energía, sí, pero cruzan casi incólumes, y una vez afuera siguen como si no les hubiera pasado nada.»

Capítulo 18

Los amigos de la precisión extrema: CMS y LHC-b

Otra de las figuras icónicas y verdadero emblema del espíritu que se respira en estos pasillos es la de George F. Lichtenberg. En al menos un par de oficinas he visto en la puerta fotografías de la estatua de bronce que se encuentra en Gotinga del genial filósofo y aforista del siglo XVIII. Esa forma de mirar la realidad, sutil, peculiar, rigorista, donde las frases son como espejos y que parece ir en contra del sentido común, se ve reflejada en la actitud de los investigadores que he conocido de CMS, LHC-b, TOTEM y LHCf.

En varios idiomas los aforismos del hombre físicamente contrahecho y, no obstante, un gigante del pensamiento creativo conservan lo mejor del género humano: humor escéptico, apego a la verdad. Hay que ver las cosas de otra manera, o quizá hay que aprender a mirar de nuevo todo. «Para que un aforismo sea auténtico y profundo tiene que ser superficial, pues no hay que olvidar que solo lo trivial nos ampara del tedio», sostiene el escritor Enrique Vila-Matas. Los apuntes, reflexiones efímeras, frases inacabadas del filósofo alemán en la Ciudad Escéptica caminan de la mano de algunos cocineros de ecuaciones, quienes andan por los pasillos considerando las constantes y las inconstantes, las variables y las caprichosas. «Lo que siempre me ha gustado en el hombre es que, siendo capaz de construir Louvres, pirámides eternas y basílicas de San Pedro, pueda contemplar fascinado la celdilla de un panel de abejas, la concha de un caracol...» O escudriñar el interior del átomo.

ATLAS y ALICE son los experimentos campeones de la ciencia extrema, pero cuando uno se sumerge en el mundo de estos otros se da cuenta de la fineza e ingenio puestos en cada una de las partes. El experimento CMS, por ejemplo, contempla los mismos objetivos científicos que ATLAS pero tanto su diseño como sus soluciones técnicas son distintas, me explicó en 2013 Joseph Incandela, uno de los líderes en ese momento. Además, la búsqueda de partículas inéditas, desde el Higgs hasta las que puedan aparecer mientras más energía y luminosidad se alcance, requiere de un árbitro, un espejo, un experimento similar que compruebe lo que ATLAS supone que ha encontrado. Voy a Cessy, en el lado francés, para descender en el punto cinco y mirar el enorme solenoide superconductor revestido de cables que genera un campo magnético unas cien mil veces mayor al de la Tierra. Al igual que ATLAS, los investigadores de CMS son numerosos (más de dos mil) y provienen de más de 35 países.

Por su parte, LHC-b estudia la apenas perceptible asimetría entre materia y antimateria presente en las interacciones de partículas que contienen el quark b, según me contó el entonces líder de este experimento, Pier Luigi Campana. A diferencia de los otros experimentos, que rodean totalmente el acelerador en el punto de colisión con un detector sellado, LHC-b usa una serie de sub detectores para capturar el rastro de partículas secundarias. Si bien el primer sub detector se encuentra alrededor del punto de colisión, nos ilustra Frederic Teubert, los siguientes se hallan dispuestos uno detrás del otro en un espacio de 20 metros. Se trata de una colaboración más pequeña, con 650 investigadores de 15 países, aunque la física que habrá de desarrollar en las próximas décadas parece tener un futuro promisorio.

Aún más pequeño es el experimento LHCf, el cual tiene como propósito medir las partículas que se produzcan muy cerca en la dirección donde haya choques protón-protón. Aquí se probarán modelos con objeto de calcular la energía primaria de rayos cósmicos de ultra-alta energía, como los que capta MAGIC en la isla de La Palma. Sus detectores se encuentran instalados a 140 metros del punto de colisión de ATLAS.

El experimento TOTEM (TOTal Elastic and diffractive cross section Measurement) se dedicará a mirar con meticulosidad el protón y las partículas que se produzcan lo más cercano posible de los haces en el LHC. Sus detectores están inmersos en cámaras de vacío especialmente diseñadas, llamadas «roman pots», las cuales se conectan a los tubos de los haces. Ocho de estas cámaras de vacío se encuentran por pares en cuatro puntos cerca de donde se producen los choques de CMS.

Teubert, con quien también he charlado desde 2007 sobre la evolución del experimento LHC-b, así como de sus propias aspiraciones, me confiesa sus temores de que muchos jóvenes vengan con la esperanza de encontrar un campo fértil. Y, sí, fértil aún lo es, pero la competencia es implacable. Como quiera que sea, estos experimentos menos espectaculares pondrán a una nueva generación de cazadores a afinar sus estrategias pues sin duda también pertenecen a la ciencia extrema sin renunciar al humor.

Capítulo 19

Sesenta años después

Memoria histórica. Ginebra, septiembre de 1954. Periodistas de la televisión suiza esperan el inicio del gran evento. Algunos recuerdan cuando, solo cuatro años atrás, estaban aquí mismo, a pocos metros de la frontera con el poblado francés de Saint-Genis Pouilly, filmando la excavación del amplio túnel circular cuyo diámetro de 200 metros permitiría el paso de automóviles en dos carriles a cien metros de profundidad, los cuales cruzarían la frontera con Francia y regresarían a Ginebra luego de haber dado una vuelta de 27 kilómetros.

En los archivos de la televisión suiza puede encontrarse el testimonio de uno de los camarógrafos, quien relata cómo armó su trípode en medio de la ventisca y lo clavó en la escarcha. Luego montó la pesada cámara, cargada con película en blanco y negro. Enseguida conectó el cable del micrófono, ya en manos del conductor, y empezó a filmar. «En las afueras de Ginebra se construye el rompe átomos más grande del mundo, una verdadera arma para el progreso», empezó a decir el reportero.

Así pues, está a punto de dar inicio la ceremonia de inauguración del CERN. «Se trata de una ocasión para celebrar —afirma un comentarista— pues entre los animadores se encuentran el físico danés Niels Bohr y su alumno, el alemán Werner Heisenberg, quienes protagonizaron uno de los enfrentamientos más dramáticos y trascendentales de la Segunda Guerra Mundial.» Bohr había dirigido el célebre Instituto de Física Teórica en Copenhague, que si bien pertenecía a la universidad danesa, era financiado por el dueño de la cervecería Carlsberg dentro de cuyas instalaciones se localizó muchos años. El libro de George Gamow, Treinta años que conmovieron la física, da cuenta de ese periodo.

Heisenberg fue uno de los «niños genio» que se educaron en la física de frontera del siglo XX que se impartía en Copenhague durante los años veinte y treinta, pero no alcanzaba a entender el proceso para obtener el material radiactivo necesario y fabricar la bomba atómica. Entonces visitó a su tutor en Dinamarca, en 1941, como director del programa atómico nazi y con el fin de persuadirlo para que le revelara lo que sabía e intuía. Una obra de teatro de Michael Frayn, Copenhague, trata de reconstruir lo que ambos físicos hablaron esa tarde. La reconciliación de Europa se logró en gran medida a través de la cooperación científica y el intercambio cultural. Hace 60 años el CERN abrió sus puertas como un ejemplo de que podían conjugarse estas dos actividades, disímbolas en apariencia. Si bien el gigantesco anillo está dedicado a hacer ciencia pura, desde un inicio funcionó como un lugar de encuentro intelectual, una «ciudad escéptica» que propicia el diálogo entre las culturas humanista y científica.

Comparados con las catedrales góticas por su grandiosidad, por su delicada y tajante jerarquización entre los elegidos y el resto de los mortales, los aceleradores pronto dejaron de ser artefactos que se construían en un laboratorio. Como lo prueban Fermilab y CERN, son los laboratorios, comedores, hoteles, oficinas los que se construyen alrededor de los enormes aceleradores. O encima de ellos. De hecho, el LHC no es un solo acelerador, sino un complejo de corralones, inyectores y aceleradores, algunos de ellos reciclados gracias al talento de los ingenieros que han aceptado el desafío de llevar las ideas científicas al límite tecnológico.

Se ha dicho que los aceleradores son los microscopios de los físicos. O los hornos donde se cuece el pan de Leucipo y se rebana hasta sus últimas consecuencias. Preguntemos una vez más: ¿qué pasaría si rebanáramos una hogaza o cualquier trozo de materia hasta más no poder, alcanzaríamos un límite?, ¿encontraríamos el Indivisible?, ¿existe un á-tomo? Hoy sabemos que sí, aunque es divisible. Además, emparentar aceleradores con microscopios no es tan afortunado, pues la potencia de un microscopio que utiliza electrones para ver trozos de materia más grandes depende de la longitud de onda de la radiación que utiliza.

Así, entre más pequeña sea dicha longitud, más detalles nos revelará. Por ello los biólogos ahora pueden ver las moléculas, por ejemplo, que constituyen los corpúsculos rojos en la sangre humana. Sin embargo, lo que quieren ver los cazadores son objetos millones de veces más pequeños, por lo que un microscopio electrónico no les sirve de mucho. Lo que necesitaban en 1954 era algo que rompiera la cáscara y los dejara atisbar el interior de ese espacio. Ahora bien, la teoría cuántica indica que si reducimos más y más la longitud de onda, debemos de aumentar la energía. Con los microscopios electrónicos podemos escudriñar la estructura de moléculas a una distancia de una millonésima de milímetro, muy lejos de las necesidades de un cazador de partículas, quien no acepta ver los toros más que desde la misma arena.

Por eso se construyeron laboratorios como el CERN, pues era necesario alcanzar una energía colosal a fin de echar un vistazo al interior de la realidad atómica y conocer su intimidad cuántica. A algunos podría parecerles ocioso, incluso oneroso, pero la derrama tecnológica en las últimas seis décadas sería suficiente argumento para refutar cualquier crítica. Puedo mencionar el diseño e invención del super cómputo, la world wide web, chips más rápidos e inteligentes, nuevos y sorprendentes materiales, y, sobre todo, la colaboración internacional, por lo que mucha gente aquí pide que se cambie el nombre por el de Laboratorio Internacional de Altas Energías. Esto último porque ya no se investiga solo el núcleo del átomo sino más adentro, al igual que la naturaleza de una enorme variedad de partículas, incluso cósmicas. Y para verlas se requiere, como dije, de una altísima energía.

Al estilo de la novela de Julio Cortázar, Rayuela, el laberinto de edificios de CERN conecta el 1 con el 304, el 2 con el 510, etcétera. Es fácil perderse. Entonces uno empieza a deambular por los pasillos y lo que encuentra es una oficina donde hay físicos iraníes e indios trabajando con franceses y mexicanos, mientras que al lado un grupo de jóvenes turcos en busca del doctorado discute con su maestro holandés. En el siguiente edificio hay israelíes, alemanes, norteamericanos, brasileños y griegos aprendiendo sobre novedosos experimentos para determinar la existencia de una nueva física. Todos vienen a aquí a hacer lo que pedía Niels Bohr en 1954: átomos para la paz.

Aun así, el largo y sinuoso camino del atomismo pone a prueba la templanza de los cazadores de partículas, parecen estar como el borrachín que ha extraviado sus llaves y se aferra a la única lámpara de la calle larga y oscura. Un policía observa que pasan los minutos y el hombre sigue buscando alrededor de la luz. Cuando le pregunta si fue ahí donde las perdió, el tipo responde que no, que tal vez fue dos cuadras atrás pero ahí es donde hay luz. Quizá, aunque lo que registran mis diarios es sobre todo búsqueda de precisión y de belleza, lo cual podría hacerlos aparecer como diletantes. Por el contrario, los festejos del sexagésimo aniversario del CERN, a lo largo de septiembre de 2014, mostraron el espíritu lleno de energía que anima la Ciudad Escéptica.

Una serie de charlas expeditas, dinámicas y sustantivas, alejándose los farragosos adjetivos, invitaron a los asistentes a convertirse en semi nómadas del pensamiento, gente con la intuición necesaria para saber moverse entre los continentes del conocimiento. Para ejemplificarlo una tarde se invitó a un grupo de emprendedores en invención tecnológica, ciencia pura y creación artística a platicarnos sobre lo que están haciendo y a deleitarnos con su talento. El estilo dinámico de las charlas TED (Technology, Entertainment, Design) llamó la atención de jóvenes y viejos de países tan lejanos como Jordania y Camerún. Al fondo del escenario un mapa traza el camino del porvenir. Los habitantes de pequeñas islas del conocimiento lanzan sus barcos de papel rumbo a las tierras ignotas de lo inmensamente diminuto y hacia las vastedades desconocidas del cosmos. Más de 1,200 personas en la carpa provisional que se armó frente al CERN y alrededor de 10 mil mediante webcast, pudimos escuchar soluciones concretas en marcha, una más ingeniosa y brillante que la otra, entremezcladas con actuaciones de talentosos artistas interesados en jugar con el híbrido arte/ciencia.

En el vertiginoso encuentro los ponentes se dieron tiempo de platicar con curiosos como yo. Sonia Trigueros me habló de sus progresos en la manipulación de tubos nanométricos para operar ADN y conseguir un fármaco capaz de curar diversos tipos de cáncer, sin causar mayor daño a las células vivas. Danielle Fong, quien a sus 30 años de edad ya ha trabajado en los laboratorios más importantes en la búsqueda de fuentes de energía continua (a diferencia de la solar o la eólica, que son intermitentes y es oneroso almacenar), está comprometida con inventar una máquina que con aire comprimido sirva para encender focos. Julien Lesgourgues, miembro del equipo que interpreta los datos del telescopio espacial Max Planck, me habla de su entusiasmo por las ideas que sugiere el mapa de la radiación de microondas de fondo, entre ellas la posibilidad de encontrar mayores evidencias de las perturbaciones cósmicas, cuando el Universo que conocemos se hallaba en su etapa temprana de inflación.

Nina Fedoroff es una defensora a ultranza de los alimentos modificados mediante la ingeniería genética. Sus argumentos claros y contundentes sobre la tergiversación del asunto, ya sea por intereses ideológicos y/o comerciales, o bien por simple histeria oscurantista, levantaron el aplauso del público. Escuchamos con emoción el relato de Hayat Sindi, la primera mujer saudí en graduarse en biotecnología y una de las primeras en formar parte de la Asamblea Constitutiva de su país. Hoy es asesora científica de Naciones Unidas y embajadora de la UNESCO en el Medio Oriente, animando a las niñas a estudiar carreras científicas. Isis será científica o no será.

Srukumar Banerjee nos hizo decir: « ¿energía nuclear?, ¡sí, gracias!», sobre todo si vemos aparecer una nueva generación de reactores más limpios y seguros. Pero incluso hoy es más barato y limpio que seguir quemando miserablemente algo maravilloso creado durante millones de años por organismos que nos antecedieron en la evolución de las especies. Marcia Barbosa nos ofreció un delicioso relato sobre la molécula maravillosa, el agua, mientras que Topher White compartió su experiencia reciclando celulares, montados en artefactos de monitoreo forestal que operan con energía solar. Su propósito es evidenciar la tala ilegal en regiones de Sumatra, todo en tiempo real; así los guardias pueden llegar antes de que los talamontes terminen su tarea.

Finalmente escuchamos al británico Jamie Edwards, un joven de 14 años de edad que un año antes, ante la sorpresa de sus compañeros y profesores, y con el beneplácito de las autoridades escolares, construyó un dispositivo para lograr la fusión nuclear de átomos de hidrógeno, haciendo colisionar sus núcleos mediante una técnica relativamente barata: el confinamiento electrostático inercial. No lo consiguió pero es candidato para ser visto pronto en los pasillos de CERN elucubrando acerca de un nuevo reactor nuclear.

Entre ellos apareció también Nitin Shawney, quien se presentó tocando una guitarra acústica y acompañado por la extraordinaria cantante Nicki Wells. Shawney es uno de los productores musicales más respetados del mundo. Prueba de ello fueron las piezas que interpretaron, permeadas de matices indios. Una pieza, cuyo ritmo estaba basado en cálculos matemáticos, se convirtió en un diálogo frenético entre ambos artistas. No puedo olvidar al bailarín canadiense de tap Andrew Nemr, cuyo taconeo sirvió de contrapunto a una divertida y ligera historia en busca de la creatividad. Al final los asistentes llevaron sus barcos de papel y los colgaron de ganchos de ropa en el cubo de las promesas a cumplir. Se verá.

Durante esos días de festejos visité de nuevo a mi amigo Frederic Teubert, quien como he dicho forma parte del experimento LHC-b y me tenía una gran noticia: la aparición de un exótico conglomerado de cinco quarks. Y aunque su existencia ya había sido sugerida por el ilustre Murray Gell-Man, Premio Nobel de Física en 1969 debido a su hallazgo de los quarks, nunca se habían visto antes en la naturaleza. A lo largo de los años, Frederic se ha convertido en un fino cazador de eventos cuánticos. He sido testigo de cómo las ideas más arriesgadas han sido formuladas de forma elegante y sencilla. Aquí las fronteras con el arte y la imaginación se diluyen.

En ese entonces la confianza en los datos no pasaba de sigma 3 (en una escala de 1 al 5, donde este último dígito significa una certeza tal en las verificaciones experimentales que los investigadores pueden atreverse a someterlo para su publicación en una revista arbitrada), pero a principios de junio el LHC produjo datos en Sigma 5 acerca de la existencia de esta nueva familia de partículas. Como hemos visto en este libro, el experimento LHC-b es uno de las cuatro mayores colaboraciones internacionales dedicadas al estudio de la intimidad quarziana, junto con ATLAS, ALICE y CMS. Se especializa en estudiar partículas «beauty» e inferir las causas de por qué un segundo después del origen del Universo desapareció la antimateria.

Los detectores de LHC-b son un fino Transformer, constituido por personas y máquinas, que puede mirar con asombrosa «luminosidad» la estructura interna de los últimos constituyentes de la materia, lo que significa que es capaz de observarlos interactuar. Los niveles de energía alcanzados por el LHC no sólo hacen palidecer a los que creían que la física era aburrida y estaba en el estertor de su vida, sino que empieza a obtener dividendos debido a su persistencia por dominar una teoría «rebelde»: la cromodinámica cuántica. Algunos se frotan las manos porque una mayor potencia y luminosidad permitirá que los detectores alrededor del Gran Colisionador de Hadrones tengan la posibilidad de encontrar nuevas maravillas en el dominio de lo infinitamente pequeño.

A principios de 2015 le pregunté a Frederic su opinión: «El artículo de LHC-b es sólido [...] y se ha hecho un buen trabajo para asegurarnos de que lo que los datos nos muestran es real y no una jugarreta del detector o una pifia de la reconstrucción. De hecho, el análisis es tan sofisticado que hemos tardado algo más de un año en terminar todas las verificaciones cruzadas. Así que, a pesar de las falsas evidencias de pentaquarks en los últimos años, creo que esta vez las pruebas son buenas».

Vale la pena hacer notar, me aclara Frederick, que el descubrimiento de que los hadrones, es decir, las partículas compuestas por quarks y gluones, no solamente pueden encontrarse en parejas de quark-antiquark (llamados mesones) y tríos de (anti-)quarks (que se conocen como bariones), sino que también pueden formar naturalmente tetra quarks y ahora pentaquarks, va a resultar esencial a la hora de comprender cómo operan las interacciones fuertes entre las sub partículas atómicas de acuerdo a la cromodinámica cuántica o QCD. En cromodinámica cuántica es difícil hacer cálculos con precisión, así que este descubrimiento puede ayudar a entender mejor cómo interactúan los quarks y los gluones.

Capítulo 20

Un imperio de luz

Los Jura se levantan imponentes en las proximidades de la Ciudad Escéptica, pero el Mont Blanc, a la distancia e incluso en días nublados, no deja de ser una presencia constante y seductora. En los días brillantes y nítidos puede verse desde Ginebra, Saint-Genis Pouilly y Ferney-Voltaire. Si uno decide viajar una hora en automóvil al poblado de Chamonix pronto caerá en el embeleso y las tonalidades de la luz reflejada en sus escarpadas puntas siempre blancas lo harán pensar en el imperio de la luz. Como hizo pensar a los miembros del comité del Premio Nobel de Física, quienes en 2014 lo otorgaron a Isamu Akasaki, Hiroshi Amano y Shuji Nakamura, inventores de diodos (LED) de luz azul. No sólo eso, el Premio Nobel de Química 2014 fue concedido a Eric Betzig, William E. Moerner y Stefan W. Hell por sus avances ingeniosos en microscopía óptica, fluorescente, lo cual llevó esta disciplina a niveles nano métricos. Visto desde la Ciudad Escéptica este también es un espectáculo peculiar, pues el fenómeno de la luz no ha sido explicado del todo.

Para Heráclito la luz era seca, el alma misma aunque más sabia. Como parte de la naturaleza la luz ama fugarse avanzando a través del Universo. Heráclito miraba el sol y se preguntaba: ¿Cómo ocultarse de lo que jamás se acuesta? Su luz se esparce y recoge, avanza y retrocede. Cambiando, reposa. Durante muchos siglos la luz fue una especie de boojum, eso que existía y con lo que no había que meterse, advierte Lewis Carroll en su poema de 1874 The Hunting of the Snark: Agony in Eight Fits. Estudiar la luz era internarse en una ciencia de la cual no se sabía mucho.

Mientras me asomo por la ventana de mi habitación en la «casa del niño poblano», subvencionada por la BUAP, en Saint-Genis Pouilly, y miró en el horizonte la línea que dibujan los Jura, pienso que la luz es la línea central que orienta nuestra experiencia. Euclides escribió sobre la óptica y nos ilustró: los rayos visuales, o líneas de visión, son rectilíneos. En su largo ensayo sobre arte y ciencia (1992), Leonard Shlain piensa que la línea recta es vital para la sobrevivencia de muchos organismos y que, en el caso particular de los humanos, debió haber tenido un efecto poderoso durante el desarrollo de antiguas civilizaciones costeras, así como en la invención de una lógica lineal, de alfabetos y espacios arquitectónicos lineales.

Luego de concebir una nueva manera de entender el espacio y el tiempo, los griegos antiguos intentaron definir la inefable naturaleza de la luz. Para los preclásicos era lo mismo que el ojo, las cuencas oculares parecían despedir luz y en la naturaleza las fuentes luminosas solían verse como enormes ojos. La gente podía llamar «ojo» al Sol y «luz» a sus ojos. Más tarde comenzaron a separarlos. La luz se convirtió en un vehículo de información capaz de comunicarse con el órgano sensorial que lo recibía. Platón creía que la luz emanaba de nuestra mente y Aristóteles afirmaba que venía del Sol, golpeaba los objetos de la realidad exterior y luego rebotaba en los órganos de la visión. Ambos pensaban en «algo» que, o bien llevaba a cabo su misterioso truco en un tiempo determinado o era instantáneo. Si el espacio estaba vacío, la luz debía poseer algo característico que le permitiera atravesarlo.

En el siglo VI a.n.e. Alcmeón descubrió que el nervio óptico conecta los ojos con el cerebro. No era una pista clara para entender la esencia de la luz pero al menos empezaba a descartar claves erróneas y moldeaba el concepto de fantasía (phantasia) cuya raíz etimológica es phaos (luz). En la primera mitad del siglo XV, Piero Della Francesca introdujo el uso natural de las sombras y Leon Battista Alberti publicó su tratado de la perspectiva, en el que habla de la necesidad de tener un solo «punto de fuga» para lidiar con la luz.

A través de un prisma Isaac Newton nos ofreció una clave importante: la luz es un conjunto, un espectro de colores. De hecho, los colores no existen, son diferentes formas de vibración de la luz. Así, la sensación subjetiva de que el violeta se parece más al rojo que al azul, a pesar de que ambos colores se encuentran en lados opuestos del espectro cromático, nos indica que el tono rojizo del violeta es algo que tiene que ver con el sistema nervioso y no con la física de los espectros. Es decir, crecemos con una dotación limitada de colores, según la herencia de nuestros padres y la crianza que nos brindaron, de manera que si viajáramos al espacio remoto no veríamos colores nuevos, sino los que conocimos en nuestro planeta natal. Sin embargo, estas ideas no se comprendieron cabalmente hasta que el autodidacta Michael Faraday comenzó a domar la luz ante un público atónito en la Royal Institution hacia la primera mitad del siglo XIX. Poco después, e inspirado en su trabajo, James Clerck Maxwell descubrió que la luz era radiación electromagnética:

«Mientras que Faraday veía en su cabeza líneas de fuerza atravesando el espacio, los matemáticos imaginaban centro de fuerza atrayéndose a la distancia; donde Faraday vio un medio, aquellos seguían pensando en distancias. Faraday fue al meollo del asunto, tratando de averiguar qué sucedía en el medio; los matemáticos se sintieron satisfechos de haberlo encontrado en una potencia que actúa a distancia y se halla impresa en los fluidos eléctricos.»

Maxwell creía que los campos eléctrico y magnético viajan en forma de ondas que se mueven a la velocidad de la luz y lo expresó en ecuaciones. Poco después de su muerte, en la década de 1880, Heinrich Hertz demostró que tenía razón. Por tanto, el espectro de los colores era una variedad finita de radiación electromagnética, partículas viajeras en el espacio. Al mismo tiempo Thomas Young descubrió que, en determinadas circunstancias, la luz no se comporta como partícula sino como onda y que las matemáticas que las describen son equivalentes. Con el tiempo esta aparente contradicción resultó ser una ventaja, pues dependiendo de lo que se quiera estudiar se aplica uno u otro conjunto de ecuaciones. Como nos advierte Ian Stewart en su libro 17 ecuaciones que cambiaron el mundo (2012), una vez que conocemos las ecuaciones para el electromagnetismo es posible resolverlas cuando queremos predecir cómo los campos eléctrico y magnético se comportan en diferentes circunstancias. Hoy interpretamos dichas ecuaciones usando vectores, que son cantidades que no solo tienen tamaño sino dirección.

Parte del misterio es la existencia de luz invisible a nuestros ojos. Hay radiación cuya longitud de onda es mayor que la luz roja y otra con longitud de onda ligeramente menor a la luz azul o violeta. En el ultravioleta se perciben los rayos X y los rayos gamma; en el infrarrojo nos topamos con las microondas y las ondas de radio y televisión. Ahora sabemos que algunas especies son capaces de registrar radiación ultravioleta y los seres humanos, en ciertos casos, pueden llegar a ver en el infrarrojo. Dos claves más revolucionaron el asunto hasta nuestros días. A principios del siglo XX Max Planck propuso que dicha radiación electromagnética viajaba en paquetes o cuantos. Por su parte, Albert Einstein predijo la existencia del efecto fotoeléctrico.

El caso de la luz no ha sido resuelto del todo pero los investigadores han empezado a controlarla de manera cada vez más precisa y sorprendente gracias a la especialización de la física cuántica, la óptica y la química transformacional. No es gratuito, por tanto, que la ONU haya declarado 2015 como el Año Internacional de la Luz. Poco a poco, como lo llama Sidney Perkowitz en su historia del descubrimiento en ciencia y arte (1996), se conquista el imperio de la luz. Muestra de ello son los sofisticados rayos láser, los aceleradores de partículas que generan luz de una pureza inigualable, los focos fríos luminosos, las celdas solares refinadas y los telescopios que se sirven de novedosos detectores de radiación ultravioleta e infrarroja.

La luz es excepcional no solo por su extraña personalidad sino porque, en su mayor parte, el Universo carece de ella. Objetos radiantes como el Sol, la Tierra y los organismos que la habitan somos rarezas. Hay quienes suponen que la materia oscura está constituida de alguna clase de partículas que no logramos mirar. ¿Qué es entonces? ¿Un capricho de la naturaleza?

Como quiera que sea, en 2015 nos enteramos de que el Premio Nobel se había orientado de nuevo a la física de partículas, en este caso las provenientes del cosmos como los neutrinos. Los caza-fantasmas Takaaki Kajita y Arthur B. McDonald observaron una de las entidades más ligeras y abundantes del Universo, no obstante una de las más escurridizas: los neutrinos. Existe, de hecho, una familia de estas partículas que no tienen carga eléctrica y su masa es tan insignificante que apenas pueden encontrarse más de mil de ellos por centímetro cúbico. Recordemos que se conocían un neutrino del tau, un neutrino del muón y un neutrino del electrón, pero el trabajo de Kajita y McDonald ha ayudado a esclarecer su naturaleza y características cuánticas.

Nuestro enorme y sólido planeta es transparente para el intenso viento de los neutrinos que salen del sol, llueven sobren nuestras cabezas de noche cuando estamos acostados y bañan nuestros cuerpos de día cuando estamos despiertos. Pero es casi imposible darnos cuenta de que pasaron por aquí en su viaje cósmico. No afectan la vida en la Tierra pero en su calidad de partículas elementales ayudan a conformar la estructura del Universo.

A principios de siglo XX resultaban misteriosos e ineluctables hasta que en 1953 se creó el Proyecto Poltergeist para demostrar su existencia. A lo largo de sesenta años se han hecho cada vez más complejos y grandes los tanques de agua ultra pura (D20) enterrados 600 o más metros debajo de la tierra, equipados con paredes de finos tubos fotomultiplicadores que, en el raro caso de que un neutrino choque con un electrón o un protón que se hallan en el agua, emiten una señal llamada cono de luz Cherenkov.

El observatorio canadiense de Sudbury, Ontario, ha servido a McDonald y su equipo para estudiar los neutrinos emanados del sol a 2 mil metros debajo de la tierra, mientras que Kajita lo ha hecho desde los observatorios del Instituto de Investigación de Rayos Cósmicos de la Universidad de Tokyo: la caverna de Kamioka, el Observatorio del monte Norikura a 2,770 metros de altura y el observatorio Akeno. Kajita y McDonald han llevado esta cacería de partículas quizá no más allá del Modelo Estándar de la Materia pero ciertamente han recorrido un camino «paranormal», emocionante y trascendente en el conocimiento de la naturaleza y comportamiento de semejantes entidades fantasmales.

Capítulo 21

Ondas de cierta gravedad

El anuncio en febrero de 2016 de que se consiguió detectar por primera vez en forma directa las cuasi invisibles ondas gravitacionales, tal como Albert Einstein lo predijo hace un siglo mientras llevaba a cabo su indagación del comportamiento de la luz y la materia dentro del tejido inextricablemente unido que llamamos espacio-tiempo, es sin duda un hito en la ciencia cosmológica, pues impulsa la observación del espacio profundo, abre un nuevo campo de investigación (la astrofísica de las ondas gravitacionales) y le pone sonido ambiental a algo que hasta ahora solo podíamos observar en silencio. El cine cósmico mudo ha muerto, ¡viva el sonido del espectáculo ondulatorio!

Las ondas representan un tipo de movimiento curiosa y aparentemente efímero, algo que invade nuestros sentidos en forma de sonidos, de luz (con su comportamiento dual), de viento y que Heráclito definió muy bien: nada permanece, todo cambia, todo es flujo y reflujo sin comienzo ni final. Sin embargo, mientras que en nuestro mundo macroscópico existe una marcada frontera entre las ondas y las partículas, en el ámbito microscópico esta distinción se difumina y tenemos que aceptar ambas descripciones para referirnos al mismo objeto. Es como cuando los humanos aprendimos que un mamífero también puede ser un reptil. Las ondas gravitacionales son distorsiones que perturban el tejido espacio-temporal.

Separados por tres mil kilómetros de distancia, los estados norteamericanos de Washington y Lousiana albergan dos enormes y extremadamente sensibles observatorios LIGO (Laser Interferometer Gravitational Observatory), cuyos espejos de interferencia y láseres descubrieron ondas gravitacionales con una diferencia de milisegundos. Cuando dio inico el experimento en 2005 se pensaba que dichas ondas podían tener su origen o bien durante la fusión (coalescencia) de dos hoyos negros o un par de enanas blancas, debido a la vibración o rotación de estrellas de neutrones que se hallan en frenética actividad, o durante la explosión de una supernova cuyo contorno no es esférico sino que presenta grumos. También podría tratarse de movimientos catastróficos de la materia y la energía en algún momento después del Big bang. Los investigadores de LIGO concluyeron que las ondas detectadas eran consecuencia de la fusión de dos hoyos negros, por ejemplo, durante la eclosión de galaxias primitivas. Los investigadores de LIGO concluyeron que las ondas detectadas eran consecuencia de la fusión de un grupo binario de hoyos negros, uno 29 veces más grande que nuestro Sol y el otro 36 veces mayor, de manera que se creó un agujero 62 veces la masa de la estrella que da coherencia al sistema donde se encuentra nuestro planeta.

Entre los dispositivos de estos observatorios se incluyen sismógrafos, magnetómetros, micrófonos ultrasensibles y detectores de rayos gamma a fin de «atrapar» las señales consideradas como «ruido», esto es, las que no son producto de un efecto gravitacional. Así se identifican las ondas que podrían tener su origen en movimientos telúricos, la acción del viento, el paso de camiones de carga y actividades agrícolas cerca de la zona donde se encuentran las instalaciones, incluso se capta la vibración molecular de los espejos del dispositivo, y se eliminan. Además, los espejos y láseres se encuentran en un vacío máximo, prístino, con objeto de eliminar átomos de oxígeno y electrones que pudieran vibrar o pasar por ahí y «engañarlos». El 14 de septiembre de 2015 a las 9:45:59 GMT el observatorio de Louisana registró vibraciones inusuales, siete milisegundos más tarde el observatorio de Washington obtuvo datos similares. Las gráficas que indican el paso de las ondas gravitacionales son asombrosamente parecidas.

Luego de trabajar de manera ardua en una demostración matemática elegante y estéticamente viable, Einstein propuso que objetos masivos en franca aceleración (como dos estrellas de neutrones o un par de hoyos negros en órbitas dependientes) podrían distorsionar el tejido espacio-temporal, como si se tiraran piedritas en un lago tranquilo, provocando con ello olas que se propagan por el Universo a la velocidad de la luz. Dado que cada onda tiene su propio tono, también podemos escucharlo. Gracias a los experimentos de Hanford y Livingston se puede conocer la información que llevan impresa las ondas gravitacionales sobre aquellos eventos cataclísmicos, la cual resultará de gran valor a fin de conocer más sobre la naturaleza intrínseca de la gravedad. Sin duda, son complementarios a los que se llevan a cabo en la Ciudad Escéptica.

Para el matemático Ian Stewart la imagen que Isaac Newton construyó del Universo físico que habitamos es una aproximación bastante buena pero no una descripción exacta. Einstein dedicó muchos años a encontrar exactitudes, no relatividades. De ahí que demostrar cómo la luz y las ondas electromagnéticas en general actúan en «algo», en un medio tangible, descolocó a los físicos y astrónomos de principios del siglo XX, quienes se negaban a aceptar la idea de un «campo gravitatorio» dado que no explicaba nada y nadie sabía qué era.

Si un físico pretende ser heredero de la filosofía natural que practicaron Galileo, Newton y Maxwell entre otros, no debe bastarle con hacer bien los cálculos, tiene que saber interpretarlos, y eso fue lo que hizo Einstein con las diferencias entre lo que la cosmología newtoniana dictaba en ese entonces y las observaciones astronómicas de la época. Einstein, en palabras de Stewart, entendió que las nuevas matemáticas debían ser una descripción genuina de la realidad, con el mismo estatus filosófico que había sido acordado para la descripción newtoniana reinante, pero proporcionando una concordancia mejor con los experimentos. Era (y sigue siendo) física real.

En 1993 le pregunté al cosmólogo Stephen Hawking si algún día habrían de conocerse de primera mano los hoyos negros y qué impacto tendrían en la sociedad, considerando que en ese entonces el tema todavía era de culto y cosa de iniciados. Me respondió que los cálculos podrían ser erróneos y la tecnología, escasa, pero la realidad no. En cuanto a su efecto fuera del ámbito académico, «va a ser una bomba», me aseguró. Y apuntó dos elementos esenciales que deberían acompañar su descubrimiento: llevar tecnologías al extremo y formular preguntas novedosas, temerarias, que provocaran sinergia en la comunidad científica. Estuve tentado a cruzar una apuesta con él: si en un plazo perentorio no se descubrían los hoyos negros en forma directa me dejaría pasearlo por el mercado de Cambridge; de lo contrario le limpiaría los zapatos los siguientes seis meses. Pero desistí porque sus argumentos sonaban muy convincentes. Finalmente él tuvo razón, la trillada metáfora de encontrar una aguja en un pajar se cumplió una vez más y el anuncio se hizo oficial el 12 de febrero de 2016.

¿Qué queda después de la explosión mediática pronosticada por Hawking? No cabe duda de que sucesos extraordinarios en CERN con el Gran Colisionador de Hadrones alcanzando energías cada vez mayores y escudriñando partículas cada vez más pequeñas, en la Estación Espacial Internacional realizando pruebas inéditas sobre la vida en el espacio, en la misión Rosetta que logró posar una sonda sobre la superficie de un cometa, en el telescopio Hubble con su nueva óptica y ahora en el descubrimiento de LIGO que abre una nueva era de la ciencia cosmológica, todos compiten con cualquier gran espectáculo, llámese la Copa del Mundo, el Súper Tazón o las Olimpiadas. ¿A quién le queda duda de que Albert Einstein y Stephen Hawking son estrellas del entretenimiento?

Siguiendo a Hawking, para evaluar una disciplina científica que ha marcado un hito es necesario mirar qué ideas que se infieren de ella, si pueden derribar paradigmas, y aquilatar la derrama tecnológica que genera. Dicho envión empuja a los investigadores a buscar nuevos derroteros. Así, en el momento en que hubo gente dispuesta a probar la última hipótesis que se desprende de las teorías de Albert Einstein sobre ciertas condiciones esenciales del Universo en movimiento, la probable existencia de muy débiles ondas gravitacionales venidas de muy lejos en el pasado, el desafío fue diseñar todo un conjunto de dispositivos, adaptando y creando nuevos prototipos que servirían a los propósitos específicos del experimento. Simplemente el vacío casi perfecto que se creó para llevar a cabo LIGO habría impresionado a Galileo y a su alumno, Evangelista Torricelli. Por su diseño, ingenio tecnológico y objetivo científico dicho experimento se une a los campeones de la Big Science, dando un revés a sus detractores, quienes la acusan de gastar millones de dólares en contestar preguntas ontológicas y cuyas ventajas a veces no quedan muy claras para diversos sectores de la sociedad.

Los beneficios son evidentes, todo lo que nos rodea, desde el cepillo de dientes que usamos a diario hasta las transacciones comerciales y financieras globales, no existirían tal como son hoy sin la gran ciencia. Por otra parte, la respuesta a aquellos dispuestos a caer en la tentación de querer mutilar el conocimiento puro sigue siendo la misma que Galileo sostuvo frente a los pedantes académicos florentinos, quienes se negaron a mirar por el telescopio y lo acusaron de hereje. A la manera de Gracián: «la ciencia es una locura, pero la ciencia sin seso es locura doble».

¿Y respecto a las ideas que deberían ser exploradas y los experimentos que valdría la pena instrumentar luego de la euforia? La Agencia Espacial Europea confirmó que hacia 2030 la sonda LISA llevará a cabo varios experimentos a más de un 1.5 millones de km de la Tierra, iniciando con ello la detección de esta clase de ondas en el espacio exterior. Hay quienes piensan en la posibilidad de empezar a articular una Gran Teoría Unificada, como han soñado Einstein, Hawking y otros, para lo cual sería esencial encontrar el gravitón, la última partícula elemental desconocida. Ya dijimos que el entramado universal lo animan cuatro fuerzas, también llamadas interacciones o campos: el electromagnetismo, las fuerzas fuerte y débil que gobiernan las acciones al interior del átomo y la gravedad. Se supone que cada una se manifiesta mediante partículas fundamentales pero la única que no se ha encontrado es el gravitón, el último de los invitados cósmicos.

La interacción gravitatoria es la más cotidiana y, no obstante, hasta ahora ha sido imposible incluirla en una teoría más vasta, el Modelo Estándar de la Materia. La gravedad ejerce enorme influencia entre objetos masivos, desde las galaxias hasta planetas y organismos pero es insignificante entre objetos microscópicos como el interior del átomo. Entonces, ¿por qué los núcleos donde se encuentran protones y neutrones permanecen unidos? Si lo que mantiene unida la fuerza fuerte es el gluón, la electromagnética el fotón y la fuerza débil, las partículas W+, W- y Z^0, ¿cuál será el enigmático pegamento universal que mantiene unido eso que llamamos gravedad?

Capítulo 22

El futuro: entre pingüinos y calaveras

La Ciudad Escéptica está poblada sobre todo por cazadores de partículas cuya misión es montar un experimento viable y observar con criterio, es decir, realizando un análisis sensato sobre lo que ha sucedido. Sin embargo, existe un pequeño y selecto grupo que conforma el departamento de Física Teórica. Ahí, en el llamado «Corredor de los teóricos» durante décadas ha tenido su guarida una trinca infernale: Álvaro de Rújula, John Ellis y Luis Álvarez Gaumé representan una especie de oráculo al que los experimentalistas recurren cuando no tienen idea qué buscan ni por dónde deberían seguir buscando «eso desconocido». A los largo del tiempo se han unido a esta banda Gian Giudice y Wolfgang Lerche. Desde luego, hay además muchos grupos de gran calidad en varias partes del mundo, a quienes se les puede consultar por la Web, para lo cual fue creada originalmente en 1989. Y es con todos estos mentalistas que los experimentalistas continúan el debate sobre la naturaleza de lo que es y lo que no es.

Álvaro ha defendido los estudios astrofísicos en el bastión de las partículas. Y el tiempo le ha dado la razón. Por ejemplo, cuando la sociedad ginebrina estuvo preocupada porque las colisiones de iones pesados en CERN pudieran producir pequeños hoyos negros que terminaran por engullirse la Tierra, el saber que el choque de tales rayos en el espacio o con la Luna no provocan tales cataclismos (entonces, ¿por qué habría de producirlos en el cantón ginebrino de Meyrin?) sirvió de argumento contundente para calmar los ánimos. En alguna ocasión me habló de su idea del vacío, que está lleno de eventos tan cortos y suceden en distancias tan pequeñas que, a lo lejos, parece como si no pasara nada, como si no hubiera nada.

Sin embargo, si nos acercamos veremos las fluctuaciones entre lo que es y lo que no es. Las partículas que se crean desde la nada tienen una realidad potencial, virtual, que puede realizarse si adquieren la energía suficiente. Viven en una especie de limbo hasta que algún trozo de energía las rescata. Y cuanto más pequeña es la masa de las partículas que se crean y destruyen en el vacío, más fácil será extraerlas de esa zona trémula, indecisa entre ser y no ser, y llevarlas al mundo de las partículas reales.

Al igual que John Ellis y Álvarez Gaumé, de Rújula piensa que existe una serie de partículas en una zona obscura, vacía en apariencia, que esperan ser descubiertas. He aquí el nuevo propósito del LHC y los experimentos que se han montado a su alrededor. En ellos los teóricos tienen varias cosas qué decir. Se espera que en las colisiones de altísimas energías entre protones se observen algunas de estas nuevas partículas de manera indirecta mediante los efectos de su participación como partículas virtuales en determinados y muy raros procesos de decaimiento. Al estudiar tales procesos, los experimentos pueden examinar escalas de masas mucho mayores a las que se pueden obtener directamente mediante el LHC. Esto es así dado que la mecánica cuántica y el principio de incertidumbre de Heisenberg explican por qué las partículas virtuales adquieren masas que no están limitadas por la energía del sistema. Las investigaciones basadas en partículas virtuales se hallan limitadas por la precisión de las mediciones, no tanto por la energía del colisionador.

John Ellis me cuenta cómo surgió la idea de los «diagramas del pingüino», mientras estudiaba ciertos aspectos de la violación de la simetría, según la cual se requiere de una explicación al hecho de que la paridad que existía en el Universo primitivo de materia y antimateria se rompió. En la primavera de 1977, junto con Mark Chanowitz y Mary K. Gaillard, predijeron la masa del quark b antes de que fuera encontrado unas semanas más tarde en Fermilab por Leon Lederman y su equipo. Entonces John se puso a estudiar su fenomenología.

Hoy en día una región para experimentar es precisamente las transiciones raras de quarks b a quarks s, en las que se produce un par de muones, llamado dimuón. En tales procesos el quark cambia de sabor pero no de carga, lo cual está prohibido por el Modelo Estándar en ciertas condiciones. No obstante, en diagramas de orden superior, como los «pingüinos electro débiles» de John Ellis, es factible que haya posibilidades de descubrir nuevas partículas. El experimento LHC-b quizá sea un buen lugar para encontrar esta clase de aves marinas.

Ellis es partidario de la construcción de CLIC (Compact Linear Collider), pues piensa que ahí está el futuro de la Física de altas energías, y sin duda de Rújula y Álvarez Gaumé estarían de acuerdo. La existencia de partículas súper simétricas es algo por lo que también los tres pondrían las manos en el fuego. El que existan otras partículas como las que conocemos pero con diferentes masas ha hecho que se pronuncien por una Teoría de la Gran Unificación. Afirman que, visto de una manera, el Modelo Estándar predice que todas las partículas deberían carecer de masa, cosa que contradice lo que observamos a nuestro alrededor. Entonces los teóricos pensaron que habría por ahí un campo y una partícula que provocaba la aparición de los cuerpos masivos. Finalmente se encontró el mecanismo de Higgs pero, como apuntamos antes, causó sorpresa que fuese tan liviano, cuando su interacción con partículas que predice dicho Modelo Estándar tiende a hacerlo más pesado.

Una explicación sería que existieran partículas súper simétricas, las cuales tendrían sus propias masas, de manera independiente a su interacción con las del Modelo Estándar. Sabemos que, según esta teoría, existen dos clases de partículas: bosones y fermiones, de acuerdo a su espín. Estos últimos tienen la mitad de una unidad de espín, mientras que los bosones tienen 0, 1 o 2 unidades de espín. Según SUSY (Súper Simetría en inglés), cada partícula del Modelo Estándar tiene una gemela que difiere en media unidad de espín. Esto implica que bosones y fermiones se acompañan mutuamente, mantienen una liga, a pesar de sus diferencias, por ejemplo, que los primeros suelen permanecer todos en el mismo estado, mientras que los fermiones prefieren un estado diferente para cada uno.

Álvarez Gaumé cita a Heráclito cuando me habla de sus ideas acerca de la materia obscura. Se refiere a la armonía visible e invisible; asegura que, al fin y al cabo, la más importante de entender es la segunda. Partidario decidido de las súper cuerdas, dimensiones que quedaron «escondidas» en un momento después del Big bang, todo su trabajo se basa en observaciones experimentales, tanto las que salen del CERN como las que se obtienen en los diversos satélites y sondas espaciales.

Ellis, de Rújula y Álvarez Gaumé coinciden en que buscar partículas SUSY, las más ligeras jamás descubiertas y eléctricamente neutras que interactúan débilmente con las partículas del Modelo Estándar, nos llevará a abrir una rendija hacia el enigmático mundo de la materia obscura. En la entrada de su oficina John Ellis tiene una calavera de cuyos hombros cuelga un letrero que dice: «Habló mal de SUSY». Para la trinca infernale el Modelo Estándar explica solo una parte del rompecabezas; necesita de SUSY para iluminar el resto del cuadro, que se ve muy negro. No obstante, los experimentos ATLAS y CMS anunciaron a fines de 2015 que habían encontrado «algo», unas decenas de pares de fotones en una región inesperada, ligeramente mayor a la que predice el Modelo Estándar, esto es, 750 TeV. John Ellis me dijo que quizá podría deberse a una fluctuación estadística que desaparecería conforme se acumulen más datos, o bien podría tratarse de una nueva partícula cuya masa es 750 veces mayor que la del protón. «Cómo ves», agregó, «apenas ahora podemos decir que empezamos a entender el Universo en un puñado de átomos.»

Fermilab, Illinois,

abril de 1992 CERN,

Ginebra, febrero de 2016

Glosario

Acelerador de partículas. Se pueden distinguir dos grupos de aceleradores: los lineales, en los que las partículas se conservan siempre en la misma dirección; y los circulares, en los que se hace girar las partículas, renovándose la aceleración en una o en varias vueltas. Los aceleradores lineales más eficaces utilizan una sucesión de condensadores sometidos a un voltaje alternado, de tal manera que, multiplicando su número a lo largo de toda su trayectoria, las partículas adquieren impulso hasta los límites del aparato. Por otro lado, existen varios tipos de aceleradores circulares: el ciclotrón, el sincrociclotrón y el sincrotón.

Bosón-fermión. Los cazadores de partículas han demostrado que todas las partículas de espín entero (0,1,2, ... ) son bosones, mientras que todas las de espín semientero (1/2, 3/2, 5/2., ... ) son fermiones. Esta distinción, en apariencia abstracta, tiene en la realidad consecuencias prácticas muy importantes para comprender el comportamiento de un sistema formado por varias partículas idénticas.

Calor. Desde el punto de vista de los físicos se trata de un modo de transferencia de energía. Así, cuando dos cuerpos cuyas temperaturas son diferentes se ponen en contacto, el cuerpo más frío recibe energía y su temperatura aumenta, mientras que en el cuerpo más caliente se produce el efecto inverso, hasta que ambos alcanzan la temperatura de equilibrio como consecuencia de la conservación de energía total del sistema. El calor puede propagarse según tres mecanismos principales: conducción, convección y radiación.

Cámara de burbujas. Detector de partículas elementales cuyo principio fue descubierto por el físico norteamericano Donald Glaser en 1952. Se basa en la formación de burbujas que dichas partículas provocan a lo largo de su trayectoria cuando atraviesan el gas licuado que contiene la cámara.

Cámara de chispas. En la cámara de chispas la trayectoria de una partícula se localiza por los destellos que produce en un gas.

Campo. Conjunto de valores que toma una magnitud física cualquiera en una región de espacio. Por extensión la magnitud física misma se denomina normalmente campo.

Campo cuántico. Campo que debe ser tratado según los principios cuánticos. El tratamiento cuántico de los campos implica, por una parte, la existencia de una antipartícula asociada con cada partícula; y por otra, la variación posible del número de partículas asociadas con un campo dado.

Colisión. Para la física de altas energías se trata del proceso por el cual dos (o varias) partículas interactúan entre ellas para obtener otros productos («colisión elástica») o diferente naturaleza («colisión inelástica») a las partículas presentes en el estado inicial.

Conservación, ley de. Establece que las cantidades características de un sistema físico permanecen constantes en el tiempo, aunque el estado del sistema cambie.

Contador Geiger. Detector de partículas (de la familia de los detectores de gas) utilizado para rastrear desintegraciones radiactivas, cuyo principio fue inventado por el físico alemán Hans Geiger (1912) y perfeccionado en colaboración con el también alemán Walther Müller (1928).

Cosmogonía. Teoría filosófica, mítica o religiosa que versa sobre el origen del Universo y su organización.

Cosmología. Teoría científica que se apoya en evidencias experimentales para confrontar sus hipótesis acerca del origen del Universo y su evolución.

Densidad. La noción de densidad es utilizada para caracterizar numerosos tipos de magnitud física. En primer lugar, es la relación de la masa volumétrica de un cuerpo (relación de su masa con su volumen) con la de otro cuerpo elegido como referencia. Para los líquidos y los sólidos la referencia es el agua, mientras que para los gases se elige generalmente el aire. La del mercurio, por ejemplo, es de 13.6 g/cm^3. En electromagnetismo se define la densidad de corriente como la carga que cruza una unidad de superficie por una unidad de tiempo. Se expresa en amperes por metro cuadrado entre segundo (Am^2/s). En óptica, la densidad de un medio para una radiación luminosa caracteriza su transparencia. La densidad óptica de un conjunto de medios es la suma de las densidades ópticas individuales.

Eightfoldway. Clasificación de las partículas que experimentan la interacción fuerte (llamadas hadrones) propuesta en 1961 por el físico norteamericano Murray Gell-Mann y el físico israelí Yuval Ne’eman. Agrupa los hadrones en familias que contienen ocho (eightfoldway = vía óctuple) o diez partículas de igual espín y de masas comparables.

Electrodinámica cuántica. Disciplina que describe de forma cuántica y relativista no solo las propiedades de las partículas cargadas eléctricamente (los electrones y protones del núcleo), sino también las del campo electromagnético. Esta teoría ha permitido hacer predicciones concernientes a la medida de una propiedad del electrón (su momento magnético anómalo) con una precisión que nunca se habría esperado en física y que es congruente con la experiencia. Hoy en día esta teoría se inserta en un marco más amplio que describe, al mismo tiempo, las interacciones débiles y las fuertes: el Modelo Estándar y las teorías de Gran Unificación.

Electrón-volt (símbolo eV). Energía que adquiere un electrón acelerado por una diferencia de potencial de un volt. En unidades del sistema internacional esta energía vale 1.602 × 10-19 J.

Encanto. Como en el caso de las partículas extrañas, se habla de partículas elementales con encanto si contienen uno o varios quarks o antiquarks con un número cuántico denominado de encanto +1 o -1, respectivamente. La introducción del nombre cuántico charme (encanto, en francés) por Glashow, Iliopoulos y Maiani en 1970 resolvía determinados problemas del Modelo Estándar de las interacciones, en ese entonces solo de forma teórica. El número cuántico de encanto se conserva en las interacciones fuertes y las electromagnéticas; únicamente las débiles pueden cambiarlo. Esto explica la vida media relativamente larga de las partículas encantadas.

Espín. Llamado también momento cinético intrínseco, mide en una partícula sometida a las leyes de la mecánica cuántica el equivalente de lo que sería en mecánica clásica su velocidad de rotación alrededor de sí misma. El espín de una partícula cuántica sólo puede adoptar ciertos valores determinados que corresponden a unidades de la constante de Planck, h.

Extrañeza. La noción de una magnitud física llamada extrañeza se introdujo para justificar el comportamiento «extraño» de ciertas partículas elementales.

Producidas en el transcurso de interacciones fuertes su vida media parecía anormalmente larga. Tras el descubrimiento de los quarks, se sabe que la extrañeza es producida por algunos quarks que componen las partículas extrañas: se asocia un número cuántico de extrañeza + 1 al quark extraño y -1 a su antiquark. De este modo, una partícula elemental (más exactamente un hadrón) que contenga un cierto número (como máximo tres) de anti quarks o de quarks extraños puede tener una extrañeza de -3, -2 -1, 0, 1, 2 o 3. La extrañeza se mantiene (por la ley de conservación) en las interacciones fuerte y electromagnética. Ello explica por qué la producción de partículas extrañas, a partir de partículas sin extrañeza tales como un mesón y un protón, siempre tiene lugar como mínimo en pares: la suma total de la extrañeza en esta interacción debe ser igual a 0. Solo la interacción débil cambia la extrañeza. Por esta razón la desintegración de una partícula extraña en otra partícula sin extrañeza se produce con relativa lentitud, es decir, con una vida media bastante prolongada. Otros números cuánticos análogos a la extrañeza son el isoespín, el encanto, la belleza y la hipercarga.

Fase, transición de. La materia puede presentarse bajo formas muy diferentes y transformarse de una en otra, en condiciones apropiadas. Cada una de estas transformaciones se conoce como transición de fase. De ello abundan ejemplos en la vida cotidiana. Así, el ciclo del agua (vapor-lluvia-hielo) ilustra las transformaciones gas-líquido-sólido.

Feynman, diagrama de. Compuesto por líneas, denominadas propagadores, y puntos llamados vértices, donde se unen varias líneas; este diagrama se usa para representar la interacción de dos partículas elementales como debida a un intercambio de una o varias partículas intermedias.

Fisión. Fenómeno de escisión de un núcleo atómico en dos fragmentos sensiblemente iguales, es decir, en dos núcleos cada uno de los cuales contiene más o menos la mitad del número de protones y neutrones del núcleo inicial. Este fenómeno se produce de manera espontánea, con probabilidad no despreciable para los elementos muy pesados (número de protones superior a 90, aproximadamente). La energía liberada por este proceso es igual a la diferencia entre la energía de reposo del núcleo de partida y la suma de la de los productos de fisión, y alcanza valores del orden de 170 mega electrón-volts para un núcleo de uranio 238U. Esta es la energía que se recupera (parcialmente) en las centrales nucleares.

Fotoemisión. Emisión de electrones tras un choque con un fotón.

Fusión nuclear. Reacción que consiste en la unión de dos núcleos atómicos de elementos «ligeros» en un núcleo atómico más pesado. Este proceso libera una energía igual a la diferencia entre las sumas de las energías de reposo de los núcleos iniciales y la del núcleo final. Una cadena de reacciones de fusión de este tipo es la fuente principal de producción de energía de las estrellas. Efectuada en forma artificial, la fusión nuclear constituye el principio de funcionamiento de las «bombas H». En cuanto a su aplicación pacífica, la posibilidad de efectuar el proceso de fusión de manera controlada es una de las esperanzas para la producción de energía del futuro, si bien es una posibilidad aún remota.

Gran Unificación. Las teorías de la Gran Unificación que surgieron hacia mediados de los años de 1970 tratan de describir, con un solo formalismo y atribuyéndoles una causa única, todas las interacciones fundamentales, en particular las interacciones débil, fuerte y electro magnética.

Gravitación. Consiste en la atracción que ejercen los cuerpos entre sí y es directamente proporcional al producto de su masa e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. Es uno de los cuatro tipos de interacción conocidos en el Universo.

Incertidumbre, principio de. La mecánica cuántica confiere a todo objeto una doble naturaleza, ondulatoria y corpuscular. La desigualdad, denominada principio de incertidumbre de Heisenberg, muestra que un fenómeno cuántico de extensión espacial limitada no puede tener una cantidad de movimiento determinada.

Para un objeto clásico, por el contrario, posición y cantidad de movimiento pueden ser determinadas en forma simultánea.

Interacción débil. La menos conocida de las cuatro interacciones fundamentales, especialmente en razón de su corto alcance (inferior a 10-17 m, es decir menos de una centésima del tamaño de un núcleo atómico) y su débil intensidad. Se manifiesta en determinadas colisiones entre partículas (neutrinos, por ejemplo) y en ciertas reacciones o desintegraciones nucleares. La interacción débil es, así, responsable de la desintegración del neutrón (que da lugar a la radiactividad de los núcleos) y desempeña también un papel esencial en las primeras etapas de la cadena que produce la energía termonuclear en las estrellas.

Interacción electromagnética. La interacción electromagnética es una de las cuatro interacciones fundamentales. Representa las fuerzas ejercidas por medio de campos eléctricos y magnéticos entre dos cuerpos portadores de cargas eléctricas. Estas cargas se atraen cuando son de signo opuesto y se repelen cuando sus signos son idénticos. Las interacciones electromagnéticas son responsables de la fuerza entre los electrones y los núcleos de los átomos y las moléculas, y constituyen también la base de fenómenos de la física del estado sólido (semiconductores), de las reacciones químicas y de la mayoría de las grandes invenciones técnicas (desde el alumbrado eléctrico a la televisión, de los electrodomésticos a las computadoras).

Interacción fuerte. Es la responsable de la cohesión de los constituyentes del núcleo atómico (neutrones y protones). La teoría moderna de la interacción fuerte la describe, a nivel elemental, como una interacción entre quarks que se realiza por medio del intercambio de partículas denominadas de manera sugerente «gluones» (del inglés glue, «pegamento»).

Interacción gravitacional. Véase Gravitación.

Interacciones fundamentales. Se conocen actualmente cuatro interacciones fundamentales: electromagnética, gravitacional, débil y fuerte. Mientras que las dos primeras nos son más familiares, las dos últimas son menos conocidas y desempeñan papeles en los procesos nucleares, así como en las reacciones entre partículas elementales. Algunas complejas teorías relativamente recientes (Modelo Estándar de las interacciones, Gran Unificación, súper cuerdas) intentan encontrar que todas las interacciones fundamentales pueden describirse como aspectos diferentes de una única interacción unificada.

Invariante. Si se permutan los elementos de un conjunto infinito se obtiene un nuevo conjunto con el mismo número de elementos. En este caso, el número de elementos de un conjunto es una «invariante»: si dos conjuntos resultan uno del otro por permutación tienen entonces el mismo número de elementos. El estudio de objetos cada vez más complejos ha conducido a los matemáticos a definir invariantes menos simples.

Isótopo. Átomos del mismo elemento químico cuyos núcleos atómicos contienen el mismo número de protones y un número diferente de neutrones.

Leptón. La clase de los leptones agrupa un cierto número de partículas elementales que no tienen interacciones fuertes: el electrón, el muón y la partícula tau, cada una de las cuales posee una unidad de carga eléctrica fundamental negativa, así como los neutrinos, que son eléctricamente neutros. Cada leptón cargado tiene un neutrino asociado. Los leptones se agrupan, además, en tres familias, denominadas también generaciones. Cada familia está constituida por un leptón cargado y su neutrino asociado. El Modelo Estándar asocia cada una de las tres familias conocidas de leptones con una familia correspondiente de quarks. Además, a cada leptón le corresponde una antipartícula, el antileptón. Los leptones tienen un espín 1/2. Se trata, por tanto, de fermiones. Todos los leptones están sometidos a interacciones débiles e interacciones gravitacionales, pero únicamente los leptones cargados están sujetos a interacciones electromagnéticas.

Luz, velocidad de la. Constante física universal cuyo valor es c = 2.99792458 × 10-8 ms-1. Esta velocidad constituye un límite superior que no podría ser excedido por una señal que transportara una cantidad de energía distinta de cero.

Masa. Resistencia que presentan los objetos a salir de su estado de reposo o movimiento uniforme (velocidad constante), es decir, a ser acelerados.

Modelo Estándar. Teoría o conjunto de teorías que definen la actual comprensión de las interacciones fuertes, electromagnéticas y débiles. Este modelo considera a la materia como un pequeño conjunto de constituyentes elementales (seis quarks y seis leptones) y las partículas que establecen la interacción: el fotón para la interacción electromagnética; las W+ W-, Z° para la débil, y el gluón para la fuerza fuerte. Aunque casi la totalidad de los fenómenos observados pueden interpretarse satisfactoriamente con este modelo, existen razones teóricas para sospechar la existencia de una física capaz de manifestar energías más elevadas.

Momento angular. Noción introducida por el astrónomo alemán Johannes Kepler (1571-1630), cuyo objetivo es describir la rotación de un punto o un sistema alrededor de un origen.

Monopolo magnético. Partícula hipotética que constituye una fuente puntual de campo magnético (también llamada «carga magnética»). Esta fuente tendría la propiedad particular de que el flujo del campo magnético a través de una superficie cerrada que la envolviera no sería nulo, contradiciendo a primera vista las leyes fundamentales del electromagnetismo. Hasta ahora no se ha probado su existencia.

Neutrinos. Partículas elementales de la clase de los leptones que se desplazan a la velocidad de la luz y carecen de carga eléctrica; hoy en día todo parece indicar que tienen masa. Su espín es 1/2.

Número cuántico. En mecánica cuántica el estado de un sistema se especifica por un conjunto de números cuánticos, como el espín, los números Leptónicos y bariónicos, la hipercarga, la extrañeza, el encanto, la belleza, o el isoespín. En un átomo, los electrones se caracterizan por cuatro números cuánticos: el primero denominado n, está ligado al número de nodos de la función de onda, como, digamos, la energía que tiene el electrón. Es un número discreto y solo toma ciertos valores. El segundo número suministra el momento angular; el tercero, m, indica la proyección del momento angular sobre un eje dado; y el cuarto s, indica el espín del electrón.

Ondas gravitacionales. En septiembre de 2015 se comprobó la última hipótesis que quedaba pendiente en la teoría de la relatividad general de Albert Einstein, quien la enunció cien años atrás. Suponer que el tiempo es una dimensión más del espacio, y por tanto forman un solo entramado, permite inferir que sufre curvaturas debido al movimiento de objetos con masas extraordinarias. Una manifestación de ello son las ligerísimas ondas de gravedad producidas luego de un evento muy violento en el Universo, como la fusión de dos hoyos negros o la aparición de estrellas gigantescas de neutrinos.

Partícula elemental. Se consideran partículas elementales los constituyentes de la materia de tamaño mínimo. Son susceptibles de ser aisladas, en especial en los grandes aceleradores de partículas corno el CERN y Fermilab. No tienen estructura, no están formadas por otras partes y en una descripción formal pueden considerarse puntos. Las partículas elementales se clasifican en función de sus interacciones, es decir, los tipos de fuerza que ejercen y a las que son sensibles. Las partículas sometidas a las interacciones fuertes se denominan hadrones. Las partículas que no lo están son leptones, como el electrón y el neutrino, el fotón y las partículas W+ W- y Z°. Los gluones, fotones y partículas W+ W- y Z° son los mediadores de las interacciones fuertes, interacciones electromagnéticas e interacciones débiles, respectivamente, y constituyen el grupo de los bosones. El mecanismo de Higgs tiene su propio bosón, descubierto en julio de 2012, el cual explica por qué existen cuerpos con masa. Los quarks y los leptones son los constituyentes de la materia y se denominan fermiones.

Planck, constante de. Constante física fundamental introducida por el físico alemán Max Planck, expresada convencionalmente por la letra h.

Quark. Constituyentes elementales de todas las partículas sensibles a la interacción fuerte (hadrones). Su existencia fue postulada en 1964 por los científicos norteamericanos Murray Gell Mann y G. Zweig, como una consecuencia de trabajos sobre la clasificación de los hadrones. Las teorías vigentes en la actualidad suponen la existencia de seis quarks denominados por convención u (up), d (down), c (charm), s (strange) t (top o truth) , b (bottom o beauty). Todos ellos tienen espín 1/2. Sus características distintivas entre sí son sus masas, números quánticos y cargas eléctricas. Cada quark lleva asociada una antipartícula (o antiquark), que se caracteriza específicamente por el valor opuesto de la carga. Cada uno de estos seis quarks existe además bajo tres formas diferentes, que se designan convencionalmente como tres «colores» diferentes (de donde proviene el nombre de «cromodinámica» dado a la teoría moderna de la interacción fuerte).

Radiación electromagnética. Radiación compuesta de una o varias ondas electromagnéticas cuya característica física principal es la frecuencia v. Dichas ondas se propagan en el vacío a una velocidad fija c próxima a 300,000 km/s.

Radiactividad. Toda transformación de los núcleos atómicos acompañada de emisión de corpúsculos. La radiactividad fue descubierta por Henri Becquerel en 1896 y su estudio fue ampliado por Pierre y Marie Curie. Fundamentalmente se distinguen tres tipos de radiactividad, según la naturaleza de las partículas emitidas por lo núcleos: alfa, beta y gamma. En la radiactividad alfa, una partícula compuesta por dos protones y dos neutrones es expulsada del núcleo atómico. El núcleo se convierte así en el de otro elemento químico. En la radiactividad beta un neutrón contenido en el núcleo atómico se transforma en un protón y emite un electrón más un antineutrino. El número de protones del núcleo aumenta así en una unidad, permaneciendo constante el número total de protones más neutrones, La radiactividad gamma puede manifestarse en solitario o acompañar a las radiactividades alfa y beta. Se habla de radiactividad gamma cuando un núcleo no cambia de naturaleza (mismo número de protones y neutrones), pero disminuye ligeramente su masa al emitir un fotón de alta energía. Los rayos X son también fotones pero con una energía intermedia entre la de la luz visible y la de los rayos gamma.

Rayos cósmicos. Partículas que pueden llegar a tener una energía muy alta (del orden de los mil millones de electrón-volts) y están constituidas principalmente por protones y iones de elementos como el fierro que viajan a velocidades próximas a la de la luz. También hay rayos cósmicos de baja energía.

Simetría. Se denomina simetría de una ley física a toda transformación que se pueda efectuar en el sistema estudiado sin alterar la forma de la ley considerada.

Sincrotrónica, radiación. Toda partícula cargada que es sometida a una aceleración emite ondas electromagnéticas. Cuando la aceleración es perpendicular a la velocidad, la energía emitida puede alcanzar valores considerables. En este caso se habla de «radiación sincrotrónica», ya que fue observada por primera vez en los aceleradores circulares de electrones relativistas sometidos a un campo magnético.

Superconductor. Material cuya resistencia eléctrica es nula por debajo de una cierta temperatura llamada «crítica».

Superfluido. Estado de la materia caracterizado por un deslizamiento sin rozamiento y la ausencia de viscosidad. Este es el caso del helio líquido que presenta propiedades totalmente inusuales cuando se enfría por debajo de 2 K.

Supersimetría. A diferencia de todas las restantes simetrías físicas, las supersimetrías asocian fermiones (partículas de espín semientero) con bosones (espín entero). En ellas se basan las teorías que intentan superar el Modelo Estándar de interacciones fundamentales y tienen la característica de que a cada partícula elemental se asocia un «compañero supersimétrico» de espín diferente en media unidad. Estos compañeros no pueden identificarse con ninguna de las partículas conocidas actualmente, por lo que dichas teorías postulan la existencia de todo un sector supersimétrico formado por partículas que no han sido aún descubiertas, debido a sus masas elevadas y a la debilidad de sus interacciones con la materia convencional y con energías alcanzables actualmente en los aceleradores del mundo. Hoy en día se realiza un gran esfuerzo experimental dedicado a su investigación.

Torre, Medida de presión. 10-6 torre equivale más o menos a una billonésima de la presión normal de la atmósfera.

Vida media de las partículas. El tiempo al cabo del cual se ha desintegrado la mitad de las partículas. La vida media de una partícula es más corta cuando su desintegración se produce por una interacción más intensa: aproximadamente el 10-13 s en las interacciones fuertes, 10-16 s en las electromagnéticas y 10-10 s en las débiles.

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- Voltaire, Micromégas, Zadig, Candide, Flammarion, París, 1994.

Agradecimientos

Debo mencionar en primera instancia el apoyo económico del Fondo Nacional para la Cultura y las Artes (FONCA), ya que este libro es producto de mi proyecto como miembro del Sistema Nacional de Creadores de Arte. Enseguida es grato reconocer el aliento intelectual y económico que he recibido del líder y decano de los físicos mexicanos de partículas en CERN, Gerardo Herrera Corral, así como el apoyo del director del experimento de rayos cósmicos ACORDE, Arturo Fernández Téllez. Debo agradecer también a Neil Calder, Renilde vanden Broecke, Sophie Tesauri, Julie Heffner y Joanna Iwanska, quienes a lo largo de los años me ayudaron con gran disposición y amabilidad a través del departamento de prensa del CERN. Sin su apoyo logístico hubiera sido imposible terminar este libro. Tampoco hubiera sido posible sin el patrocinio, ya sea directo o de manera indirecta, de CERN, Fermilab, CINVESTAV, CONACyT, Fondo HELEN (High Energy Latinoamerican-European Network), Agencia Notimex, revista Letras Libres y revista Quo. Asimismo, mi gratitud a la BUAP por haberme facilitado la estancia en la «Casa del niño poblano» en Ferney-Voltaire y en Saint Genis Pouilly, septiembre de 2013 y 2014.

Notas

[←1]

Un ensayo sobre esta visita aparece en Tras las huellas de la ciencia. Un acercamiento universal. Tusquets, Ensayo, México, 2015.

[←2]

En “La carretilla Alfonsina”, ensayo publicado por la Carretilla Virtual  de la página web de la Universidad Virtual Alfonsina 2009.

Table of Contents

La Ciudad Escéptica en peligro

Monterroseana

Un zoológico elemental

La danza de las partículas

Algunas ideas aceleradas

Cámaras para atisbar lo que apenas existe

Una salamandra cuántica

Borges y las partículas que se bifurcan

Ciencia ficción vs. Ficción científica

Caminatas dentro de la Ciudad Escéptica

LH... C’est pas sorcier!

La epopeya de ATLAS

Sueños catedralicios

En la casona de Voltaire

Creadores de la Web

ALICE en el desierto de los tártaros

Los amigos de la precisión extrema: CMS y LHC-b

Sesenta años después

Un imperio de luz

Ondas de cierta gravedad

El futuro: entre pingüinos y calaveras

Glosario

Bibliografía

Agradecimientos

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