Entrevista con Gavin Hesketh

Físico experimental de partículas , investigador del CERN y autor del libro The Particle Zoo (editado por Quercus). En la actualidad goza de una beca de investigación de la Royal Society.
Físico experimental de partículas , investigador del CERN y autor del libro The Particle Zoo (editado por Quercus). En la actualidad goza de una beca de investigación de la Royal Society.

ANDRÉS LOMEÑA: Nací en 1982 y nunca estudié los quarks en el instituto. Un amigo químico justifica este olvido en el currículo porque, según él, los quarks no afectan a las reacciones químicas. ¿Se debería estudiar el zoo de las partículas en Bachillerato?

GAVIN HESKETH: Yo tampoco los estudié, pero creo que deberíamos hacerlo. La ciencia no solamente trata sobre los hechos en bruto, también tiene que ver con la imaginación y con enfrentarse a algunas de las grandes preguntas de la vida, cuestiones equivalentes a preguntarse de qué está hecho el universo o de dónde surgió. Los quarks son una parte esencial de la respuesta. Pensamos que son partículas elementales, los ladrillos básicos de tu persona y de la mía, de La Tierra y de todas las estrellas y toda la materia del universo entero. Creo que nos deberían hablar de esas ideas en la escuela.

Es verdad que los quarks están un poco alejados de nuestra experiencia cotidiana del mundo (aunque no están lejos del todo: se encuentran en medio de cada átomo), pero si le preguntaras a cualquier estudiante inglés por su primera lectura de Shakespeare, probablemente también te diría que está bastante alejada de la vida cotidiana. La escuela no debería tratar solamente contenidos puramente prácticos y creo que los estudiantes no son diferentes de cualquier otra persona: todos recibimos inspiración por medio de las grandes ideas.

 

A.L.: ¿Corremos el riesgo de llegar al final de la física, tal y como ha sugerido recientemente Harry Cliff? Después de todo, el LHC no está encontrando una nueva física, tan solo está corroborando la que ya había. Por el contrario, no dejo de leer sobre fotones oscuros, nuevos bosones X e Y, así que no parece que estemos ante ningún declive de la física.

G.H.: Es un momento verdaderamente interesante para ser físico de partículas. Por un lado, tenemos una magnífica descripción del mundo subatómico, la teoría conocida como Modelo Estándar. Durante los últimos cuarenta años ha pasado casi cualquier prueba experimental que le hemos hecho. Y aun así, cuando intentamos usar la descripción del mundo subatómico del Modelo Estándar como descripción de todo el universo, hay grandes problemas, inmensos obstáculos que el Modelo Estándar no puede describir: la gravedad es el más obvio, pero también hay otras cosas misteriosas que llamamos materia oscura y energía oscura, así como otros problemas. Responder a cualquiera de esas preguntas requiere algo nuevo. Algunos físicos hablan de “ir más allá del Modelo Estándar”. Así que de ninguna manera estamos presenciando el final de la física. El Modelo Estándar no es una descripción completa del universo y sabemos que queda mucho por descubrirse… algo como un nuevo bosón X o Y, e incluso algo que aún no podemos imaginar.

La pregunta sería: ¿dónde están todas esas cosas nuevas? Creo que los próximos cinco o diez años serán cruciales. El Gran Colisionador de Hadrones es el acelerador de partículas más poderoso que se haya construido jamás y puede buscar nuevas partículas en regiones a las que antes no teníamos acceso. Hay muchos otros experimentos menores que arrancarán en los próximos años para buscar la materia oscura o para entender las extrañas propiedades de los neutrinos. Podríamos estar al borde de un nuevo descubrimiento, motivo por el cual hay mucho entusiasmo en la física de partículas ahora mismo, como cuando apareció una resonancia en los datos del LHC en 2015 (el llamado “exceso de difotones a 750 GeV”). Pudo haber sido la primera señal de una nueva partícula y se escribieron alrededor de quinientos artículos teóricos para tratar de explicar qué podía ser. Ninguno de los experimentos aseguraba ser un descubrimiento y parece que ese exceso era solamente una fluctuación estadística: cuando miramos en los datos tomados en 2016 no encontramos nada. Aún no hay rastro de la nueva física.

También nos preguntamos qué pasa si nada nuevo aparece en el LHC o en cualquier otro experimento. Es posible que los nuevos hallazgos estén fuera del alcance de la tecnología que tenemos. Para mí no sería el final de la física, sino un momento para abrazar nuevas ideas y tomar nuevas direcciones. La física de partículas en veinte años no se parecerá en nada a la de hoy, pero creo que intentar comprender el universo es algo que las personas nunca dejarán de hacer.

 

A.L.: En su libro The Particle Zoo describe las ventajas de usar los diagramas de Feynman para visualizar la desintegración de las partículas. Para los inexpertos aún resulta confusa la amplia variedad de transformaciones que se pueden observar; la más fácil sería la creación de un electrón y un positrón a partir de un fotón. ¿Hay alguna regla general para aprender este aspecto de la física de partículas?

G.H.: Una de las razones de que las partículas subatómicas sean tan fascinantes es que son completamente diferentes a cualquier cosa que experimentamos en el mundo. Las partículas hacen cosas que parecen imposibles y todo cuanto tenemos para guiarnos son las matemáticas que describen su comportamiento. Lo que es tan útil de los diagramas de Feynman es que ofrecen una imagen bastante intuitiva de lo que dicen las matemáticas; teóricos y físicos experimentales usan esos diagramas por igual para dibujar lo indibujable, por eso los uso en mi libro El Zoo de las Partículas. Esos diagramas son simples por varios motivos: uno sería que la teoría más precisa que tenemos (la versión cuántica de la fuerza electromagnética) puede hacerse con tan solo tres pequeños dibujos. Hay que aprenderse algunas reglas y eso lleva tiempo, sobre todo cuando las partículas empiezan a hacer cosas raras, como cuando la materia se vuelve energía y viceversa. Hay algunos principios generales como el de la conservación de la energía (no puedes obtener algo a cambio de nada), pero incluso esta regla puede torcerse de vez en cuando. Si todo fuera sencillo, no sería tan interesante. Y los diagramas de Feynman son, sin duda alguna, mucho más fáciles que aprenderse toda la parte matemática.

 

A.L.: He leído que habría dos tipos de cuerdas. No le quiero preguntar por la controvertida teoría de cuerdas. En lugar de eso, quisiera preguntarle por el momento específico en el que los científicos van de las ecuaciones a la representación de las mismas. ¿Cómo se convierten los números y los cálculos matemáticos en una cuerda unidimensional? ¿Cómo se pasa de la abstracción a los objetos microscópicos reales?

G.H.: La historia de la ciencia está llena de ejemplos de personas que localizan patrones en la naturaleza y descubren las causas subyacentes. En El Zoo de las Partículas menciono la ecuación de Dirac, que parece muy simple (son solo cinco símbolos), pero describe el comportamiento de cualquier electrón en el universo. La ecuación de Dirac es mucho más simple de comprobar porque sabemos cómo medir los electrones.

La teoría de cuerdas es algo distinto y personalmente la veo en la actualidad más cercana a las matemáticas que a la física. Buena parte del trabajo relativo a la teoría de cuerdas es intentar resolver cómo se conecta con el universo real. Si decimos que todas las partículas son “de verdad” cuerdas unidimensionales, ¿qué significa eso? ¿Tiene consecuencias que podamos medir? Hoy por hoy no está nada claro y eso ha sido parte de la respuesta negativa que se ha producido contra la teoría de cuerdas en los últimos años. Como trabajo en el lado experimental, tiendo a una visión más empírica: no creo que podamos probar si la teoría de cuerdas es correcta solo con matemáticas. Creo que aún hay mucho que no sabemos sobre el universo, pero la única forma de descifrarlo es tomando más datos experimentales. Los grandes avances en ciencia, desde el electromagnetismo (que nos llevó a la relatividad de Einstein) a la mecánica cuántica y el Modelo Estándar, han venido después de los nuevos resultados experimentales. Ahora mismo la teoría no está haciendo ninguna predicción sólida sobre lo que podríamos descubrir, así que los datos experimentales son más importantes que nunca.

 

A.L.: ¿Qué es una partícula sin masa? No sé si hablamos de ciertas partículas que carecen por completo de masa o de partículas que en el ámbito teórico no requieren masa (como el gravitón). Los neutrinos tienen masa y hace no mucho los científicos pensaban que era otra partícula sin masa. En definitiva, me pregunto si las partículas sin dimensiones y las partículas sin masa son simples idealizaciones matemáticas.

G.H.: Podemos darle la vuelta a la pregunta: ¿qué es la masa? Nuestro conocimiento actual del universo dice que todas las partículas deberían carecer de masa, pero algo ocurrió de forma prematura en el universo, lo que conocemos como el mecanismo de Higgs. En esencia, podemos decir que hay una fuerza extra de la naturaleza que parece “pegarse” a las partículas, haciendo que aparezca la masa. Solamente el fotón y el gluon escapan a esto y permanecen sin masa. Esto es, a todas luces, una idea de lo más alocada, llenar el universo con una fuerza extra de la naturaleza a la que acceden la mayoría de las partículas… y ese es el motivo por el que el bosón de Higgs era tan importante. El bosón de Higgs es la partícula asociada a esta fuerza extra y su descubrimiento en 2012 probó que toda la idea en su conjunto era correcta.

Las partículas con dimensión cero es una idea muy extraña. Lo que podemos decir actualmente es que las partículas son tan pequeñas que no podemos medir su tamaño. En las matemáticas de la física de partículas, es mucho más simple asumir que no tienen ningún tamaño, ya que deja de ser relevante para las cosas que calculamos y comprobamos. Estas suposiciones crean ciertos problemas: los cálculos tienden a fallar a energías muy altas o cuando intentamos explicar qué ocurrió en el universo inmediatamente después del Big Bang. La teoría de cuerdas trata de sortear estos problemas matemáticos diciendo que las partículas no son puntos de dimensión cero, pero ahora mismo no tenemos forma de comprobar esa idea.

Por lo tanto, las partículas sin masa y las partículas de cero dimensiones no son metafísicas. Son una parte muy real de la mejor descripción del universo que hemos podido conseguir. Es una descripción del universo, no necesariamente “la verdad” (podríamos ver que las partículas no son de dimensión cero si pudiéramos mirar lo suficientemente cerca). La única forma de saberlo es seguir llevando los experimentos más allá.

 

A.L.: ¿Qué decir entonces de las cuasipartículas? Tengo entendido que son herramientas matemáticas para simplificar la descripción de los sólidos. Ya resulta complicado pensar en decenas de partículas diferentes como para ahora añadir estas cuasipartículas: excitones, fonones, orbitones y plasmones. ¿Llegaremos a ver una tabla periódica de la física de partículas más simple que la actual?

G.H.: Sí, hay muchas de esas cosas que aparecen en diferentes lugares, pero solo hay doce partículas que sean fundamentales. Cuatro partículas forman la “primera generación” de la materia: el electrón, el quark arriba y el quark abajo (con estas tres partículas se forma toda la materia que nos rodea), además de un neutrino que interviene en algunas formas de radioactividad. Hay dos copias más pesadas de esas partículas, y suman doce en total. Por ahora no comprendemos del todo por qué la “tabla periódica” del Modelo Estándar tiene esta estructura. Puede que esas partículas no sean fundamentales, sino diferentes disposiciones de partículas aún más pequeñas. Eso explicaría la estructura de la “tercera generación” y finalmente nos daría una lista mucho más simple de las partículas realmente fundamentales. Esta es una de las grandes preguntas abiertas en la física de partículas… y me encantaría conocer la respuesta.

 

A.L.: ¿Cuál es su partícula favorita?

G.H.: Esta es fácil: el bosón Z. Escribí mi tesis sobre este bosón y la he usado varias veces para hacer nuevas mediciones. Se descubrió en 1983, pero ahora es una de las partículas más estudiadas. Es algo así como un fotón con masa, pero tanto el fotón como el bosón Z son en realidad dos combinaciones inseparables de otras partículas, el bosón W0  y el bosón B. Vivimos en un universo extraño.

 

A.L.: ¿Cuál es la partícula más solitaria para usted?

G.H.: La WIMP (partículas masivas que interactúan débilmente), que en estos momentos creemos que formaría la materia oscura. Esta cosa extraña flota alrededor del universo, pero en realidad no parece interactuar con ninguna de las demás partículas que conocemos.

 

A.L.: ¿Y la más sociable?

G.H.: Los gluones. No se encuentran de forma aislada, y aunque hay ocho tipos de gluones, no podemos diferenciarlos… ¡Imagina tener ocho gemelos!

 

A.L.: ¿Cuál es la más rápida? ¿Y la más lenta?

G.H.: Esta doble pregunta encierra cuestiones muy interesantes. Todas las partículas sin masa viajan a la misma velocidad: la velocidad de la luz. Esto significa que los fotones y los gluones (y los gravitones, si es que existen) son los más rápidos. Sin embargo, los gluones nunca viajan muy rápido porque están atados dentro de otras partículas (así que supongo que son los aspirantes a la partícula más lenta) y los fotones tienen difícil viajar a través de las cosas. Hagamos una carrera: cuando una estrella explota en una supernova, expulsa toda clase de partículas en todas las direcciones. Si hay una supernova a una distancia de varios años luz, ¿qué partícula nos alcanzaría primero? No sería el gluon, pues probablemente no llegaría hasta nosotros. Tampoco el fotón: viaja rápidamente, pero es lento en la salida, al ser absorbido, reflejado y desperdigado por el resto de materia que sale de la supernova. Así que el ganador es… ¡El neutrino! Los neutrinos son muy ligeros y vuelan cerca de la velocidad de la luz, pero apenas interactúan con la materia, así que salen directos de la colisión y nos alcanzan los primeros. En la supernova más famosa (famosa para los físicos de partículas, claro), SN1987A, los neutrinos llegaron unas cuantas horas antes que los fotones. Ahora tenemos detectores de neutrinos gigantes alrededor del mundo que pueden avisar a los astrónomos de la aparición de una supernova.

 

A.L.: ¿Y la más agradable?

G.H.: Solo puedo dar una respuesta antropocéntrica a tu pregunta. Creo que el fotón es bastante simpático porque sería difícil imaginar el mundo sin él. Casi toda la vida en La Tierra depende de los fotones que llegan desde el Sol. Usamos fotones para ver y experimentar el mundo que nos rodea. También los usamos para aprender cosas que ocurrieron en los confines del universo a muchos millones de años luz.

 

A.L.: Díganos cuál es la partícula más inesperada o extraña de todas.

G.H.: En 2011, el experimento OPERA hizo algunas mediciones que parecían mostrar cómo los neutrinos viajaban más rápidos que la velocidad de la luz. Eso los hubiera convertido sin el menor género de dudas en las partículas más extrañas de todas, ya que nada puede romper ese límite de velocidad universal. Aunque fue un error de medición, los neutrinos siguen siendo las partículas más extrañas e imprevisibles. Miles de millones nos atraviesan todo el tiempo sin hacer nada; pueden cambiar de un neutrino a otro mientras viajan y, tal y como he escrito en El Zoo de las Partículas, puede que sean la clave para responder a algunas de las grandes preguntas de la física de partículas. ¡Si al menos fueran un poco más dóciles a la hora de medirlos!

 

A.L.: ¿Entonces el quark extraño no es tan raro como su nombre sugiere?

G.H.: No es más extraño que las demás partículas infinitamente pequeñas (masivas, aunque sin masa) que viajan a través del tiempo según el Modelo Estándar. Como el quark extraño fue una de las primeras cosas exóticas que se descubrieron, en su momento parecía una partícula de lo más rara.

 

Esta entrevista nos la envía Andrés Lomeña Cantos (@andresitores). Estudió periodismo y se especializó en teoría de la literatura y literatura comparada. Trabaja como profesor de filosofía en un instituto de educación secundaria e investiga sobre los mundos imaginarios de las novelas.

En este enlace puedes encontrar más entrevistas de Andrés Lomeña publicadas en Naukas.

 

3 Comentarios

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JuanJuan

El problema es que en el bachillerato no se puede estudiar todo, hay demasiada materia y poco tiempo, para eso está la universidad, sobre todo para temas tancomplejos.

Angel MartinezAngel Martinez

Pues, ahora con la LOMCE sí que está en el currículo de 2ºBach-Física. Han pasado MAS, Ondas y Campo Gravitatorio (creo recordar) a 1ºBach-FyQ. De un modo u otro, es imposible impartir todos esos contenidos en los dos años de bachillerato.

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