Nosotros, la física y el Universo

Cada ser humano es una consecuencia, cambiante en el tiempo, de la interacción entre una dotación genética única y una serie de experiencias, también única, en el mundo. Y es por ello que el hombre no viene predeterminado al mundo. Y es de esta manera además que en alguna medida, el hombre puede soñar en una libertad que le permite hacerse a sí mismo. A ello, que no es nuevo, hay que añadir hoy otra dimensión de trascendencia no imaginable.

Somos frágiles, estamos marcados por genes que nos pueden traer enfermedades complejas de todo tipo que ponen en peligro nuestras vidas. Cierto que el ser humano puede nacer con genes mutados, y de hecho es el caso, que predisponen a padecer enfermedades. Pero esto no es suficiente, en absoluto, para que haya aparición clínica de estas enfermedades que llamamos complejas y que son las más como las poligénicas como la esquizofrenia, el alzheimer o el parkinson, una arteriosclerosis, hipertensión, algún tipo de diabetes o de cáncer y junto a todas estas, una larga lista de enfermedades.

Sin embargo, podemos tener el gen y éste quedar dormido para siempre, si no lo despertamos. Para que tal cosa ocurra es necesario que esos genes mutados, en su acción e interacción entre ellos y con otros genes, interaccionen a su vez con el medio ambiente que rodea al individuo y sus estilos de vida y haga que la enfermedad se exprese. De ello, y como corolario, se deduce una idea realmente revolucionaria, y esta es que el ser humano podría vivir sin enfermedades, al menos sin las más importantes que nos acechan, si conociésemos esos determinantes ambientales, decisorios y al que se ha puesto el nombre de “ambioma”.

El concepto de ambioma (Dr. López Rejas) se ha definido como “el conjunto de elementos no genéticos, cambiantes, que rodean el individuo y que junto con el genoma y proteoma conforman el desarrollo y construcción del ser humano o puede determinar la aparición de enfermedad”.

¡Es el gran desconocido de la ciencia de hoy!

Por si acaso, alejémonos del tendido de alta tensión.

Pero sí, sin duda alguna, el ambioma, es el elemento determinante, como ya sospechamos, de que aparezcan enfermedades como la leucemia y otras.

Se han realizado muchos estudios y aunque no tenemos los conocimientos para asegurarlo, todos apuntan en la misma dirección: el medio ambiente que nos rodea (ambioma), es determinante en la aparición de ciertos trastornos. Las pruebas más frecuentes están relacionadas con urbanizaciones y centros escolares situados en zonas de tendidos eléctricos de potente voltaje. Otras, como la emanación de gases de centros industriales y sus desechos contaminados, también están entre las causas más frecuentes de trastornos físicos. Claro que las grandes empresas niegan cualquier incidencia.

No podemos cerrar los ojos a esta realidad; esta nueva área de conocimientos, el ambioma, nos llevará a darnos cuenta que tiene ingredientes que influyen, y a veces poderosamente, en el individuo y en su desarrollo a lo largo de su vida, hasta tal punto que se cree pueda ser el factor determinante para acortarla en el tiempo.

La acción poderosa y nociva que una radiación continuada puede inferir en nuestros frágiles organismos, son incalculables y no siempre dichas radiaciones pueden ser medidas con claridad; no todas las radiaciones gritan su presencia como en el caso de la fisión nuclear:

Es posible comenzar un trabajo con una idea preconcebida y que dicho trabajo tome sus propios caminos que, en realidad, vienen a converger siempre en ese punto central que era la idea original, ya que todo está conexionado de alguna manera misteriosa.

Empezamos hablando de la mente, de las sensaciones y de la conciencia, del ente sensible y complejo que guardamos en la caja fuerte-pensante que todos llevamos sobre los hombros y estamos tocando temas relacionados que de alguna manera, inciden en el avance de esa prodigiosa máquina del entendimiento, y de las ideas y sensaciones.

Podríamos poner aquí miles de ejemplos de ideas brillantes salidas de mentes humanas, sin embargo, me viene a la memoria un titular: “Los descubridores del pegamento que une la materia ganan el Nobel de Física” (decía un periódico allá por el último trimestre de 2.004).

La noticia se refería a David Gross, David Politzer y Frank Wilczek, los descubridores del funcionamiento de la fuerza que cohesionan a los quarks, las partículas más elementales.

Cualquiera que haya leído sobre temas de ciencia de la materia, sabe que desde los tiempos de la antigua Grecia hasta el de Einstein, el gran sueño de todos los sabios que han estudiado la naturaleza ha sido una descripción precisa y completa de nuestro universo, las constantes de la naturaleza y las fuerzas fundamentales, algo que ya está más cerca gracias al trabajo de estos tres científicos estadounidenses.

Hace más de treinta años que Gross, Politzer y Wilczek desvelaron el enigmático funcionamiento de la llamada interacción fuerte, una de las cuatro fuerzas fundamentales que rigen el universo y que actúa como un pegamento cósmico para mantener unida la materia. Su trabajo reveló cómo los quarks, las diminutas partículas que forman los nucleones de los átomos, interaccionan entre sí para mantenerse unidos.

Las fuerzas que podemos sentir en la vida cotidiana, es decir, la gravedad y el electromagnetismo, aumentan con la cercanía: así, cuando más cerca está un clavo de un imán o una manzana del suelo, más se verán atraídos.

Por el contrario, la interacción fuerte disminuye cuanto más cerca y juntas están las partículas en el interior de los átomos, aumentando cuando las partículas se alejan las unas de las otras.

El descubrimiento de esta extraña propiedad, llamada libertad asintótica, supuso toda una revolución teórica en los años 70 (se publicó en 1.973), pero ya plenamente respaldada por los experimentos en los aceleradores de partículas, aconsejó, a la Academia, conceder 30 años más tarde, el Premio Nobel de Física a sus autores.

“Ha sido un gran alivio. He estado pensando en ello durante mucho tiempo – comentó al enterarse de la noticia Frank Wilczek.”

“No estaba claro que fuera un adelanto en aquel momento. La teoría que propusimos era descabellada en muchos aspectos y tuvimos que dar muchas explicaciones – reconoció el investigador.”

Tanto Wilczek como Politzer eran aún aspirantes a doctores en 1.973, cuando publicaron su descubrimiento en Physical Review Letters. Junto a su informe, la misma revista incluyó el trabajo de David Gross, que unido al de los dos estudiantes ha dado lugar a la celebrada teoría de la Cromodinámica Cuántica (QCD).

Siguiendo una arraigada costumbre de la física de partículas, los investigadores emplearon nombres comunes y desenfadados para señalar sus nuevos descubrimientos y llamaron “colores” a las intrincadas propiedades de los quarks.

Por ello, su teoría es conocida en la actualidad por el nombre de Cromodinámica (cromo significa “color” en griego), a pesar de que no tienen nada que ver con lo que entendemos y llamamos color en nuestra vida cotidiana, sino con el modo en que los componentes del núcleo atómico permanecen unidos. En este sentido, resulta mucho más intuitiva aunque no menos divertida, la denominación de las partículas que hacen posible la interacción fuerte, llamadas gluones (glue es “pegamento” en inglés).

Al igual que en la teoría electromagnética, las partículas pueden tener carga positiva o negativa, los componentes más diminutos del núcleo atómico pueden ser rojos, verdes o azules.

Además, de manera análoga a como las cargas opuestas se atraen en el mundo de la electricidad y el magnetismo, también los quarks de distinto color se agrupan en tripletes para formar protones y neutrones del núcleo atómico.

Pero estas no son las únicas similitudes, ni siquiera las más profundas que existen entre las distintas fuerzas que rigen el universo. De hecho, los científicos esperan que en última instancia todas las interacciones conocidas sean en realidad la manifestación variada de una sola fuerza que rige y gobierna todo el cosmos.

Según la Academia Sueca, el trabajo premiado a estos tres físicos, “constituye un paso importante dentro del esfuerzo para alcanzar la descripción unificada de todas las fuerzas de la naturaleza”. Lo que llamamos teoría del todo.

Según Frank Wilczek, que ahora pertenece al Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT), su descubrimiento “reivindica la idea de que es posible comprender la naturaleza racionalmente”. El físico también recordó que “fue una labor arraigada en el trabajo experimental, más que en la intuición”, y agradeció “a Estados Unidos por un sistema de enseñanza pública que tantos beneficios me ha dado”.

Sabemos que los quarks (hasta el momento) son las partículas más elementales del núcleo atómico donde forman protones y neutrones. La interacción fuerte entre los quarks que forman el protón es tan intensa que los mantiene permanentemente confinados en su interior, en una región R ≈ hc/Λ ≈ 10^-13 cm, y allí la fuerza crece con la distancia; si los quarks tratan de separarse la fuerza aumenta (confinamiento de los quarks), si los quarks están juntos los unos a los otros la fuerza decrece (libertad asintótica de los quarks). Nadie ha sido capaz de arrancar un quark libre fuera del protón.

Con aceleradores de partículas a muy altas energías es posible investigar el comportamiento de los quarks a distancias muchos más pequeñas que el tamaño del protón.

Así, el trabajo acreedor al Nobel demostró que la fuerza nuclear fuerte actúa como un muelle de acero; si lo estiramos (los quarks se separan) la fuerza aumenta, si lo dejamos en reposo en su estado natural, los anillos juntos (los quarks unidos), la fuerza es pequeña.

Así que la cromodinámica cuántica (QCD) describe rigurosamente la interacción fuerte entre los quarks y en el desarrollo de esta teoría, como se ha dicho, jugaron un papel fundamental los tres ganadores del Nobel de Física de 2.004, cuyas fotos y nombres hemos puesto antes.

Trabajos y estudios realizados en el acelerador LEP del CER durante la década de los 90 han hecho posible medir con mucha precisión la intensidad de la interacción fuerte en las desintegraciones de las partículas Z y t, es decir, a energías de 91 y 1’8 GeV los resultados obtenidos están en perfecto acuerdo con las predicciones de QCD, proporcionando una verificación muy significativa de libertad asintótica.

Mini Big Bang a 100 metros bajo tierra

Habiendo mencionado el CER (Centro Europeo de Investigación Nuclear) me parece muy oportuno recordar aquí que está a punto de finalizar la construcción del LHC (el Gran Colisionador de Hadrones, el acelerador de partículas más grande del mundo).

Simular el nacimiento del universo no resulta nada sencillo. Primero hay que excavar un túnel subterráneo de 100 m de profundidad, en cuyo interior se debe construir un anillo metálico de 27 kilómetros enfriado por imanes superconductores cuya función es mantener una temperatura bastante fresca, nada menos que 271 grados bajo cero.

A continuación hay que añadir a la ecuación dos puñados de protones lanzados al vacío de este tubo subterráneo en direcciones opuestas, y a una velocidad inimaginable que prácticamente debe rozar la velocidad de c la velocidad de la luz en el vacío. Es sólo entonces cuando las múltiples colisiones de partículas que se produzcan en el interior del anillo producirán condiciones que existían inmediatamente después del Big Bang, ese descomunal estallido cósmico que dio el pistoletazo de salida para el surgimiento de nuestro mundo y de la vida inteligente a partir de esta materia inerte creada y evolucionada después en las estrellas.

En el corazón de la cordillera del Jura, justo en la frontera entre Francia y Suiza, el Centro Europeo de Investigaciones Nucleares (CERN), está ultimando la construcción de esta maravilla que cuando se finalice de instalar todos los componentes de esta faraónica obra científica (cuyo coste está ya en 40.000 millones de euros y se ha tardado 15 años en construirse), unos 10.000 investigadores de 500 instituciones académicas y empresas esperan descubrir nuevas claves sobre la naturaleza de la materia y los ladrillos fundamentales de las que se compone el universo.

¿Podremos encontrar por fin, en 2.008, cuando funcione este Gran Acelerador de Hadrones, esa esperada y soñada partícula a la que algunos han llegado a llamar la “Partícula Divina”, conocida por partícula de Higgs y que se tiene por el bosón que proporciona las masas a todas las demás?

Este acelerador tan largamente esperado comenzará a funcionar en 2.008 y las partículas que se inyecten en su interior colisionaran aproximadamente seiscientos millones de veces por segundo, desencadenando la mayor cantidad de energía jamás observada en las condiciones de un laboratorio, aunque aún estará muy alejada de la energía necesaria para comprobar la existencia de las cuerdas vibrantes. Pero eso sí, nos dejará ver otras partículas nuevas hasta ahora esquivas, pertenecientes al grupo más elemental de los componentes de la materia.

El LHC producirá tantos datos que necesitarán una pila de CD de 20 Km de altura para almacenar tanta información generada por los experimentos y una legión de físicos para estudiar resultados. Será fascinante.

El trabajo que se lleva a cabo en el CERN constituye una contribución muy importante al conocimiento de la humanidad para comprender el mundo que nos rodea.

La pregunta clave, ¿de qué se compone la materia de nuestro universo? y ¿cómo llegó a convertirse en lo que es?

Es increíble el logro de conocimiento y tecnología que el hombre tiene conquistado a principios del siglo XXI. Este mismo artilugio al que llaman acelerador LHC es la mejor prueba de ello, por ejemplo, los sistemas criogénicos que deben mantener ese inimaginable frío de 271 grados bajo cero o los campos electromagnéticos que deben asegurar que la aceleración de los haces de partículas las recorran los 27 Km del anillo subterráneo a un 99’99% de la velocidad de la luz.

Si todo sale como está previsto y se cumplen todas las expectativas de los científicos, se calcula que cada segundo un protón dará 11.245 vueltas al anillo del LHC. Teniendo en cuenta que cada haz de estas partículas tendrá una duración de 10 horas, se estima que recorrerá un total de 10.000 millones de kilómetros (suficiente para llegar a Neptuno y volver).

La energía requerida por el haz de protones al viajar por el acelerador es el equivalente a un coche viajando a 1.600 Km/h por el carril rápido de una autopista imposible, o la cantidad de energía almacenada en los imanes superconductores que mantendrán la temperatura a -271° sería suficiente para derretir 50 toneladas de cobre.

El LHC está dividido en 8 sectores de 3’3 Km cada uno, y de momento sólo se ha logrado el enfriamiento de uno de los sectores a la temperatura necesaria para llevar a cabo las colisiones que simularán, en miniatura, las condiciones del Big Bang.

El Bosón de Higgs, el tesoro más buscado, será el premio. Una partícula que predice el modelo teórico actual de la física, pero para el que hasta ahora no existe evidencia alguna. Se supone que este “ladrillo” fundamental del cosmos (cuyo nombre proviene del físico escocés que propuso su existencia en 1.964, Peter Higgs) es crucial para comprender cómo la materia adquiere su masa.

John Ellis, uno de los investigadores del CERN, ha dicho: “si no encontramos la partícula de Higgs, esto supondría que todos los que nos dedicamos a la física teórica llevamos 35 años diciendo tonterías“.

Espero que no sea así y que la dichosa partícula aparezca. Herman Ten kate, otro físico del CERN, se atreve a predecir que la partícula de Higgs aparecerá antes de ocho meses a partir del comienzo de la búsqueda en los primeros meses de 2.008.

Creo que me he extendido demasiado en el ejemplo; cuando me introduzco en temas de física se me va el santo al cielo, pero estamos tratando sobre nosotros y la manera en que evolucionamos para adquirir los conocimientos y sensaciones que tenemos.

Pocas historias atraen más a los humanos que la de sus orígenes, la de cuál fue el camino que nos llevó a ser lo que somos, incluyendo claro, con quiénes estamos emparentados y cómo y cuándo nos separamos de tales ancestros. Un ejemplo de ello es el de mi amigo Ángel Lema, profesor de física jubilado que para tener una misión que lo mantenga ocupado está elaborando un árbol genealógico de su familia.

De todo eso hemos estado tratando en las páginas de este libro; hemos realizado un viaje a través de las brumas del tiempo para explorar acontecimientos pasados relacionados con nuestra evolución.

¿Qué es lo que nos apartó tan decisivamente de todas las otras especies con las que compartimos el planeta? ¿En qué momento de nuestra historia evolutiva aparecieron las diferencias que nos separaron de las demás criaturas? ¿La denominada “mente” (o mundo mental) es algo específico de los humanos o se trata de un rasgo general de la psicología animal? ¿Por qué surgió el lenguaje? ¿Qué es eso que llamamos cultura y que muchos consideran el sello de la Humanidad? ¿Somos la única especie que puede presumir de ella? Y quizás la pregunta más crucial de todas: ¿por qué estas diferencias nos escogieron a nosotros y no a otras especies?

Son preguntas que a veces no sabemos contestar y sin embargo sabemos que alma-mente y cuerpo conforman un conjunto armonioso que hacen de nosotros seres únicos en el universo.

emilio silvera

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