Hace un par de años el periodista y escritor uruguayo Eduardo Galeano aseguró: «… los científicos dicen que estamos hechos de átomos, pero a mí un pajarito me contó que estamos hechos de historias». Lo que el autor de Las venas abiertas de América Latina (1971), Memoria del fuego (1982-1986) y Los hijos de los días (2011) pareció haber dejado pasar por alto es que los átomos también tienen grandes historias que contar: las que en conjunto constituyen la historia y la explicación del Universo. Este Miércoles de Ciencia, Tecnología e Innovación te hablaremos sobre la física de altas energías o física de partículas, pasaremos de la comprensión aristotélica del mundo que nos rodea al que quizás sea el más famoso y ambicioso experimento que la humanidad haya puesto en marcha con el afán de develar los misterios del Universo —aventura que, de paso, nos trajo la web—.

De la filosofía de la naturaleza a la física

Antes de entrar en materia, hay dos cuestiones que debemos recordar. Primeramente, ¿qué es la física? Para responder la aquí tan elemental pregunta, mi formación lingüística me remite a la Real Academia Española de la Lengua, cuya obra máxima la define así: «6. f. Ciencia que estudia las propiedades de la materia y de la energía, y las relaciones entre ambas»; hagamos ahora una precisión: esa interacción es estudiada desde las partículas elementales, sus componentes básicos. Luego, ¿qué pretenden la física y sus múltiples ramas de estudio (astronomía, acústica, mecánica, óptica, electromagnetismo, termodinámica…)? La ingente e híper humana finalidad de esta ciencia es explicar y comprender el Universo, deducir y comprobar las leyes generales que lo rigen. Desde la Antigüedad el hombre se ha dado a la tarea de intentar situarse en el cosmos, encontrar en él su lugar; «Los físicos siempre han buscado reducir al mínimo el conjunto de leyes físicas que necesitan para entender el Universo, en otras palabras, alcanzar una visión unificada de la naturaleza».

En sus inicios, la física surgió como una suerte de filosofía de la naturaleza, una que pretendía comprender el entorno natural de las personas: desde la supuesta influencia de las estrellas en nuestras vidas hasta cómo está conformado todo lo que nos rodea (incluidos nosotros mismos). Sobra mencionar que esas dilucidaciones, no obstante fueron aceptadas durante milenios —en gran medida a causa del apoyo brindado por la Iglesia católica—, estaban erradas. Pasaron los siglos y la física se constituyó como una ciencia dura que adoptó el método científico; definamos ahora el conocimiento científico: «Es aquel conocimiento que está guiado por principios lógicos, estructurado por conclusiones, fundamentos y leyes. Se caracteriza por ser verificable, metódico, sistemático y capaz de elaborar predicciones en el campo de lo comprobable».

Partículas, partículas, partículas… todo(s) está(mos) hecho(s) de partículas

La física de altas energías no es otra que la física de partículas, dedicada al estudio de los constituyentes fundamentales de la materia. Hoy día, según palabras de uno de los científicos mexicanos más destacados internacionalmente, Gerardo Herrera Corral (autor de El Gran Colisionador de Hadrones. Historias del laboratorio más grande del mundo, 2013), el Modelo Estándar (ME) es prácticamente «el mejor mapa que tenemos del Universo». Herrara Corral, en su brevísimo y sustancioso artículo «El microscópico mundo de las partículas elementales», nos dice que dicho modelo recoge el total de las 12 partículas elementales conocidas actualmente, que se dividen en dos grupos: leptones y quarks, que a su vez forman tres familias que se conforman, cada una, por dos leptones y dos quarks. Todo lo que nos rodea pertenece a la primera familia, donde encontramos los quarks «arriba» y «abajo», así como los leptones electrón y neutrino electrónico; las 8 partículas restantes desaparecen rápidamente al interaccionar con el medio y «se producen en el laboratorio o en la colisión de rayos cósmicos con átomos de la atmósfera terrestre».

Diferentes uniones de partículas dan lugar a la creación de protones y neutrones; los arreglos de tres quarks son llamados bariones y los de dos se conocen como mesones; mesones y bariones son genéricamente denominados como hadrones. Ahora bien, las fuerzas que unen o separan a estas partículas para formar átomos son las interacciones: «las fuerzas de la naturaleza implican la existencia de campos que llevan sus efectos»; en el laboratorio es posible observar dichos campos, que se manifiestan como partículas: fotones (electromagnética), gravitones (gravitacional, aún no observados), bosones W y Z (interacción débil) y gluones (interacción fuerte). Las interacciones con las que estamos más familiarizados son la electromagnética (hace que los protones de un átomo se aparten mutuamente cuando tienen igual carga positiva) y la gravitacional (a-pa-ren-te-men-te no juega un papel importante en el mundo microscópico, pero es la responsable de que planetas, estrellas y galaxias se atraigan por tener masa), a las que se suman las menos conocidas interacción débil (hace que las partículas cambien de naturaleza) e interacción fuerte (hace posible que los protones se mantengan unidos en los núcleos atómicos).

¿Colisiones que desaparecerán la Tierra, mero despilfarro, abstracciones secas y estériles… ?

Entonces, el Universo está ahí, pletórico de respuestas, esperando a que la humanidad formule adecuadamente sus preguntas. Y una de las herramientas que los científicos han inventado para plantear esas preguntas es el Gran Colisionador de Hadrones (GCH) de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN, Centro Europeo para la Investigación Nuclear). Dicho acelerador de partículas consta de siete experimentos que usan detectores para analizar la miríada de partículas producidas por las colisiones en él. Por medio de campos eléctricos y magnéticos se aceleran las partículas cargadas, que casi alcanzan la velocidad de la luz y de cuyas colisiones surgen nuevas partículas. El GCH se encuentra a más de 100 metros bajo tierra, en un túnel circular que atraviesa la frontera entre Francia y Suiza; este anillo de 9 kilómetros de diámetro tiene un perímetro de aproximadamente 27 kilómetros y sus alambres superconductores (por los que circula la corriente eléctrica de sus magnetos) se operan a -271 °C. Otra cifra interesante: la inversión que representa esta gran aventura internacional iniciada en 1994 asciende a alrededor de seis mil millones de dólares (lo mismo que el telescopio espacial Hubble).

El GCH es la máquina más grande del mundo, fue necesario el trabajo conjunto de miles de científicos, ingenieros y técnicos, a quienes les tomaron décadas planearlo y construirlo; más importante aún: «continúa operando en las fronteras del conocimiento científico». Pero nada de esto lo ha salvado de sentarse en el banquillo de los acusados, más de uno ha cuestionado severamente los propósitos y las «catastróficas» repercusiones del GCH. «Los físicos ante la corte de justicia» es otro de los artículos del doctor en física por la Universidad de Dortmund (Alemania) Gerardo Herrera, en él nos cuenta sobre un hawaiano profesor de física de secundaria y una alemana que, cada uno por su parte y en su respectivo país, llevaron a la corte sus preocupaciones y las desconfianzas en torno al GCH; en ambos casos se dictaminó la improcedencia de las peticiones interpuestas. Herrera Corral nos asegura: «Desde hace millones de años el Universo produce interacciones del mismo tipo, y aun de mayor energía que las se estudian de manera controlada en el GCH». Vale, entonces no tendríamos que preocuparnos por los aducidos agujeros negros u otros «objetos extraños» que pudieran resultar de los experimentos llevados a cabo en el CERN.

El estudio de la física de altas energías y tú

Apenas el siglo pasado, el poeta, novelista y pintor David Herbert Lawrence aseguró: «El conocimiento ha matado al Sol reduciéndolo a una bola de gas con manchas; el conocimiento ha matado a la Luna diciéndonos que es una pequeña tierra muerta, llena de cráteres que la hacen parecer que tuvo viruelas… El mundo de la razón y la ciencia… es el mundo seco y estéril en que viven las mentes abstractas». Bueno, si al igual que Lawrence eres de los que no se quedarían satisfechos con saber que muchas de las mentes más brillantes de las últimas décadas se dedican a develar los secretos el Universo en el CERN, si todavía sigues pensando en los cerca de seis mil millones de dólares que costó el GCH, tranquilo, tranquila: esos recursos han sido —y prometen seguir siendo— sumamente redituables y benéficos para la humanidad. Al igual que las inversiones que hace la estadounidense Administración Nacional de la Aeronáutica y del Espacio, el capital humano y material invertido en el CERN rinde frutos a través de la transferencia de conocimientos, posible gracias a las colaboraciones entre los científicos del CERN y empresas privadas, universidades o gobiernos.

Así, las investigaciones realizadas por los científicos del CERN han hecho posible la aparición de tecnologías capaces de producir energía nuclear mediante el uso de aceleradores de protones mediante un proceso que no genera residuos, no produce plutonio ni representa un riesgo para los operadores de la planta o sus alrededores a causa de algún accidente. En agricultura, los aceleradores de partículas pueden ser utilizados para tratar los productos a fin de garantizar su inocuidad, erradicar organismos nocivos para el consumidor humano. Por último, merece especial mención el desarrollo de un tratamiento contra el cáncer que consiste en irradiar los tumores con un haz de protones, lo que permite focalizar el área a ser tratada, sin poner en grave peligro tejidos sanos. Como recientemente nos dijo en entrevista el doctor Carlos Duarte Galván, colaborador en el CERN desde 2015: «Lo que se busca [en el CERN] es saber por qué el Universo es así; buscamos respuestas a cuestiones fundamentales. Pero sería irresponsable invertir tanto tiempo y talento humano en eso [el GCH] sin obtener otro beneficio para la sociedad». El proyecto del GCH lleva apenas poco más de dos décadas operando y éstas son sólo tres de las tecnologías «marca» CERN: ¿te imaginas hasta dónde nos llevarán los estudios dentro del campo de la física de altas energías en las próximas décadas?

Belem Ruiz (Edición y Comunicación, PIT-UAS).