El LHC de Ginebra: algo más que ciencia

¿Merece la pena invertir en investigación? ¿Dónde está la línea que separa los proyectos científicos rentables de los que no lo son? ¿Cuánto estamos dispuestos a sacrificar el aras del conocimiento? ¿Es la técnica más valiosa que el conocimiento científico a nivel fundamental? A continuación me dispongo a plantear estas preguntas al lector a través de un ejemplo que ha dado mucho que hablar. Me refiero al LHC (Large Hadron Collider o Gran Colisionador de Hadrones) situado en la frontera Franco-Suiza, cerca de Ginebra.

El LHC que arrancó oficialmente en 2008, pertenece al CERN (Consejo europeo para la investigación nuclear). Se trata del acelerador de partículas más grade y potente del mundo, ningún otro es capaz de soportar energías tan altas como las que se liberan en un choque entre partículas en el LHC (colisiones que pueden alcanzar los 7 millones de Voltios).

A cerca de este acelerador de partículas se ha dicho mucho, cosas con fundamento y otras que son autenticas barbaridades. Hace un par de años, por ejemplo se habló de la posibilidad de vernos engullidos por un agujero negro a causa del arranque del acelerador de Ginebra, y nada menos que Dan Brown decidió escoger el LHC como uno de los parajes de su última novela.

Hasta ahora todo bien pero ¿qué es un hadrón? ¿a que se refieren con eso de acelerar partículas? Pues bien, vayamos paso a paso. Para empezar un hadrón es un tipo de partícula subatómica sensible a la interacción nuclear fuerte (la fuerza que permite que puedan formarse estructuras atómicas estables). Electrones, neutrones o protones son ejemplos hadrones. En el LHC al hablar de choques de hadrones nos referimos a protones, ya que son las partículas utilizadas en los procesos de colisión.

En un acelerador de partículas se producen choques constantemente, funcionando a pleno rendimiento el LHC produce 600 millones de colisiones por segundo. De una colisión entre dos protones viajando a gran velocidad se generan cantidades enormes de energía, los protones se desintegran debido al choque, produciendo una lluvia de partículas, que dejan una traza en el detector, los expertos trabajan a partir de estas trazas, identificando las partículas a las que ha dado lugar la colisión. De esta forma se estudian y descubren nuevas partículas. De manera simplificada puede decirse que en cada choque se reproducen las condiciones universo primigenio, justo después del Big Bang. Así cada choque nos acerca un poco más a la verdad sobre el origen del universo.

El LHC comenzó a construirse en 1995. El proyecto cuenta con la colaboración de los 20 estados miembros (Alemania, Austria, Bélgica, Bulgaria, República Checa, Dinamarca, Eslovaquia, España, Finlandia, Francia, Grecia, Holanda, Hungría, Italia, Noruega, Polonia, Portugal, Reino Unido, Suecia y Suiza) y otros países como Japón, Rusia, India, Canadá o Estados Unidos. En 2008 España aportó más de 55 millones de euros al CERN ( un 8,34 % de la contribución respecto al resto de estados miembros). En este mismo año el presupuesto total destinado al LHC desde su inicio en 1995, superó los 4.000 millones de euros.

Dicho esto cabe preguntarse hasta qué punto es conveniente para un país colaborar en un proyecto que requiera tal inversión de tiempo y de dinero. En referencia al gasto que ha supuesto el LHC a la comunidad internacional Cayetano López, catedrático de Física Teórica de la UAM y director del CIEMAT, en una entrevista concedida a el diario EL País, se refería al coste económico del LHC como "una cuestión de ponderación", y añadía: "una fracción minúscula del gasto militar en el mundo bastaría para financiar varios LHC".

Preguntas sobre el origen de la materia o la existencia de más dimensiones en el universo, pueden encontrar respuesta gracias al LHC. Uno de los objetivo principales de este gran laboratorio es el descubrimiento del Bosón de Higgs (la partícula de Dios), una partícula predicha en el modelo estándar pero de la que no se tiene evidencia experimental. Su existencia explicaría, entre otras cosas, el origen de las masas de las partículas y en relación a ello, el porqué se dan en la naturaleza partículas sin masa (fotones o partículas de luz) a diferencia del resto de partículas masivas.

Otra de las respuestas que promete el LHC (y en la que por cierto trabajan físicos de la UB) es acerca de las simetría del universo. Sabemos que el universo generado tras el Big Bang era simétrico, esto es, por cada partícula ordinaria se daba una pareja de las mismas características pero de carga contraria llamada antipartícula. Cuando una partículas y su respectiva anti partícula se encuentran se aniquilan. Pero en un universo así no pueden darse estructuras estables; las partículas estarían sufriendo constantes procesos de aniquilación. En un universo simétrico no podríamos existir, así que debemos agradecer a las antipartículas su desaparición. Los experimentos de LHCb tratan de explicar porqué el universo rompió esta simetría.

Preguntas tan fundamentales requieren respuesta, el hecho de contar con una herramienta como el LHC, hace que nos encontremos cada vez más cerca de la verdad sobre el universo que nos rodea. Aun así puede parecer que esta ambición, aunque muy poética, no está a la altura de 4 mil millones de euros.

¿Quién no se ha hecho nunca una radiografía? Pues bien, cuando Wilhelm Conrad Röntgen descubrió los rayos X estaba , en el año 1895 era difícil imaginar el impacto médico y social que alcanzó el descubrimiento. En 1898 Marie y Piere Curie trabajaban desgranando los misterios de la radiactividad, cuesta pensar que con ello buscaran curar enfermedades y sin embargo gracias a su trabajo, hay gente que es capaz de superar un cáncer. ¿Y si el jefe de departamento de Marie le hubiera negado el dinero necesario para su laboratorio por falta de presupuesto? La historia demuestra que la técnica avanza gracias a una investigación teórica previa. En cierto sentido podemos afirmar que la técnica no es sino hija de la ciencia.

En la web del CERN puede verse un video sobre lo que supone trabajar en el LHC, en un momento determinado la voz en off lo define así: “Trabajo para crear y compartir el conocimiento. Formo parte de inmensos descubrimientos científicos, respondiendo algunas de las preguntas más complejas, traspasando los límites del conocimiento”. Cabe reflexionar sobre el valor de la ciencia, sobre su futuro y porqué no, el futuro de nuestros investigadores noveles, esos jóvenes que invierten todo su talento en la investigación, con becas irrisorias y un mañana más que incierto, descorazonador. ¿Qué valor tiene la ciencia? ¿Qué misterios nos reserva para que la persigamos con tanta pasión? Si el ser humano tiene la capacidad de valorar, conocer y amar su propio mundo, ¿Quiénes somos para tratar de limitar esa ambición?

Econofísica: Cuando el mundo de la Física se acerca a entender los problemas de la Economía

¿Existe alguna conexión entre la física y la economía? ¿Qué aporta el mundo de la investigación científica a la sociedad?




A lo largo de estas líneas no pretendo responder de forma convincente a dichas preguntas, sin embargo me gustaría mostrar un ejemplo de cómo ciencia y sociedad no están tan alejadas como parece.

Para empezar os haré una confesión: nunca me ha entusiasmado la física, sin embargo cuando tuve que escoger carrera no se me ocurría nada mejor que hacer, así que me matriculé en la Facultad de Físicas de la UB. En mi segundo año de carrera tuve a un profesor que, entre otras cosas, se dedicaba a organizar conferencias y encuentros sobre ciencia, arte y sociedad. Un par de conversaciones con él consiguieron estimularme hasta el punto de reconciliarme con mi carrera. En una de mis visitas a su despacho me habló de algo llamado Econofísica.

Econofísica, como bien indica la palabra, debe relacionar de alguna forma la física y la economía, pero ¿es posible que exista dicha relación? ¿Qué es la econofísica?

Para introduciros a la respuesta, voy a hablaros de algo llamado sistema complejo. Un sistema complejo es aquel en el que el todo es más que la suma de las partes, lo cual imposibilita describirlo de forma que tengamos un total conocimiento de él y de sus procesos.

En un sistema complejo no pueden determinarse los fenómenos que en este tienen lugar según unas condiciones concretas: si hace viento y frio es seguro que llueva, si muchos coches circulan por una carretera estrecha habrá un atasco, si un gran número de personas no tiene dinero para pagar sus préstamos la bolsa baja, si las placas tectónicas se mueven mucho habrá un terremoto de gran escala… todas estas afirmaciones son falsas debido a que en un sistema complejo solo podemos hacer predicciones sobre lo que va a ocurrir, únicamente podemos afirmar lo que “puede” que ocurra dados unos factores. Por eso “los del tiempo siempre se equivocan”, cada vez que hay un terremoto parece pillarnos por sorpresa, al final siempre acabamos en un atasco sin saber porqué o nadie avisó del gran crack del 29 a los pobres americanos.

Cualquier fenómeno puede distinguirse en dos tipos: determinista (si A y B seguro que C) o no determinista (Si A y B tal vez C, pero tal vez D).

Uno de los factores que hace que una ley no sea determinista es el hecho de que los parámetros que influyen en el fenómeno que tratamos de describir son imposibles de señalar en su totalidad (¿quién es capaz de introducir el pánico social, la audacia o el modo en que afecta el anuncio de la enfermedad de Steve Jobs a las acciones de Apple, en una ecuación matemática?).

Como ya hemos introducido los sistemas bursátiles responden a la definición de sistema complejo. Esto explica por qué los brokers tienen tanto trabajo, por qué hay personas que pierden mucho dinero en bolsa cada día mientras otras ganan grandes sumas, o por qué en determinados momentos de la historia se han producido grandes cracks que han dejado sin habla hasta al más experto.

Dicho lo anterior podemos definir la econofísica como una disciplina que, haciendo uso de métodos matemáticos, propios del estudio de sistemas físicos (sistemas meteorológicos o sísmicos, por ejemplo), pretende establecer modelos que describan los sistemas bursátiles, de forma que contribuyan a nuestro conocimiento de la bolsa y nos permitan hacer predicciones. Conceptos como el de fractal o caos (a los que los físicos están habituados) resultan muy útiles al hablar de la bolsa.

El término fractal, por ejemplo, corresponde a una semi-geometría, capaz de describir objetos cuya estructura básica se repite a distintas escalas. La geometría fractal resulta sumamente útil para la descripción de los sistemas complejos y en particular de la bolsa; la imagen que presentan las acciones de una compañía tras unos meses cotizando en bolsa se ajusta bastante a un perfil fractal.

De hecho los econofísicos hablan de algo a lo que ellos llaman multifractales: estructuras capaces de generar perfiles muy semejantes a los de los grandes cracks bursátiles. Esta nueva quasí-geometría nos permitirá llegar a predecir la evolución de la bolsa, incluso cuando los cambios en esta sean bruscos (lejos de la estabilidad). ¿Imagináis un modelo capaz de predecir una gran crisis mundial a largo plazo? ¿Qué pasaría si una ecuación matemática nos dijera cuándo y con qué probabilidad puede producirse una caída en la bolsa española?

Suena algo sorprendente, y aunque pueda parecerlo, no nos encontramos ante ningún intento maquiavélico de los físicos para robarles el terreno a los economistas. Se trata más bien de una extensión lógica: el físico, acostumbrado a buscar modelos para fenómenos no deterministas, se para a pensar sobre la bolsa y cae en la cuenta de que puede tratarla como uno de los problemas a los que está habituado.

Desde mi punto de vista se trata de un paso más hacia el diálogo entre disciplinas o la interdisciplinariedad: aportar distintas visiones del problema contribuye a alcanzar un conocimiento global de este para así resolverlo de forma más efectiva. Es lo que comúnmente se conoce como “cuatro ojos ven más que dos”.

reencuentro

Después de un par de años me reencuentro con mi viejo blog de ciencia. La razón es que últimamente me dedico a escribir artículos de opinión sobre ciencia y sociedad, y me gustaría compartirlos con quien quiera que llegue hasta aquí.

En la época en que bauticé esta página yo no sabía mucho sobre el 2.0, simplemente me pareció un nombre sugerente, me gustaba la idea de la ciencia como lugar de interacción, a través de la comunicación científica. Una ciencia que no solo aporte conocimientos, sino que sea también lugar para la creatividad, la inspiración, la apertura del debate. Cada vez siento más firme el convencimiento de que solo desde el trabajo interdisciplinar puede alcanzarse el verdadero conocimiento, en este sentido creo en el 2.0 como portal del saber y lugar de encuentro. Por eso procuraré conectar cada una de estas entradas sobre temas científicos, con cuestiones sociales, económicas, culturales o de educación.

Nada más! Espero que disfrutéis de cada post tanto como yo disfruto escribiéndolos.

Conferencia

REESCRIBIENDO EL GÉNESIS

De la Gloria de Dios al sabotaje del universo

Este es el último libro del Dr. David Jou. Catedrático de Física de la materia condensada (UAB). En él se tratan las explicaciones actuales del universo y sus antecedentes históricos. Desde el Génesis pasando por la Gnosis o la Cábala Judía, hasta las fronteras de la cosmología actual, fluctuaciones de vacío cuántico, teoría de cuerdas, energía y materia oscura…
Se trata de una obra sugerente, sumamente interesante, que aporta una lectura sobre los orígenes muy distinta a la que estamos acostumbrados.

Le hemos invitado a la facultad para que nos hable sobre el libro. La cosa promete ser interesante. El evento esta previsto para el 11 de Mayo a las 13:00, Sala de Graus antiga (Física UB).

Y aquí os con la entrevista que le hicieron el La Contra de La Vanguardia con ocasión de la publicación de la obra.

"Es más complicado nuestro cerebro que todo el cosmos"

Escrit per: Imma Sanchís

Pura apertura

La física y la cosmología pueden ser materias arduas, compartimentos estancos, o pura apertura, disciplinas que conversan con Dios, con lo infinitamente pequeño o lo infinitamente grande. Poesía de la existencia que nos recuerda que somos hijos de las estrellas, que de la partícula más diminuta nació el universo inabarcable, que los átomos de las mejores personas que han vivido en este mundo y de las más deleznables pueden formar parte de nosotros. Son estos científicos que se atreven a enfrentarse a las grandes preguntas filosóficas los que nos hacen avanzar.
Jou es autor de poemas sobre ciencia y tiene libros tan sugerentes como La simfonia de la matèria o Déu, cosmos, caos.

¿Hay algo en común entre el Génesis y las teorías sobre las fluctuaciones del vacío cuántico?

Sí. Ambos ven el inicio como un desorden dinámico, una agitación primordial. El Génesis habla de unas aguas que se agitan y que representan lo indiferenciado, porque no hay ni luz, ni reposo, ni estructura.

La luz sería el inicio del orden.

Sí. Y el vacío cuántico, a diferencia del vacío clásico, nos descubre que en el vacío se están produciendo continuamente fluctuaciones, y se cree que algunas de ellas podríandar lugar a universos.

¿De una partícula elemental, lo más diminuto, puede nacer un universo?

Sí, una de esas fluctuaciones de la energía puede provocar que el espacio se curve sobresí mismo e inicie una expansión que podría dar lugar a un big bang.

¿El espacio estaba dentro de una partícula diminuta?

Según la física cuántica, el espacio y el tiempo primordiales serían como una pequeña espuma, un espacio que surgiría, se anularía, resurgiría..., siempre fluctuante. Pero si ese espacio alcanza unas determinadas condiciones de inestabilidad, según la relatividad general, adquiere una fuerza expansiva de una velocidad extraordinaria.

¿Y dónde está la materia?

Dentro se va creando materia.

¿El universo es vida?

Hasta hoy la cosmología no había tenido en cuenta la vida, porque a escala cosmológicalas galaxias son puntos infinitesimales. Pero recientemente han empezado los estudiosde astrobiología, que relaciona el origen de la vida con las condiciones estelaresy planetarias. Si la constante de la gravitación o la masa o la carga del electrón fueran diferentes, si variaran algunas constantes físicas, el universo sería muy diferente.

¿Cómo?

No habría estrellas, ni galaxias; sería un polvo diluido de hidrógeno. No habría vida. Los posibles universos con vida representan un número pequeño de los universos concebibles.

Todo lo que me cuenta es pura poesía.

A mí también me lo parece. Algo especialmente llamativo de la cosmología actual esque nos vincula profundamente al universo.

Cuénteme.

Los átomos que nos forman se crearon por fusiones nucleares dentro de estrellas queeran mucho mayores que el Sol y que ya no existen.

¿No es una metáfora afirmar que somos polvo de estrellas?

No, es una realidad. Ahora sabemos que cuando el universo tenía tres minutos, sólo había hidrógeno y helio. Todos los demás átomos se han formado dentro de las estrellas; entre ellos el carbono, el oxígeno y el nitrógeno, que constituyen la mayor parte de nuestrasmoléculas. Permítame que le lance otra idea sobre nuestra vinculación al universo.

...

Se dice que no somos nada en comparación con el universo, pero la cosmología actual cambia esta visión y nos dice que la inmensidad del universo es condición necesaria paraque existamos.

¿Por qué?

La primera generación de estrellas formó los átomos primigenios, y eso ocurrió en variosmiles de millones de años. La segunda generación de estrellas formó la Tierra y losplanetas.

... Más de miles de millones de años

... Y en alguno de esos planetas empezó la evolución de la materia viva, que tardó 4.000 millones de años en llegar a ser inteligente. Mientras tanto el universo va creciendorápidamente, así que es obvio que la inmensidad del universo es una condición necesariapara nuestra existencia.

Pero es también esa expansión del universo la que acabará con nosotros.

Sí, y teóricamente existe la posibilidad de que realicemos un sabotaje para destruir el universo y crear uno nuevo.

¿?

Si nosotros pudiéramos inyectar en un espacio suficientemente pequeño una cantidad suficientemente grande de energía y se dieran ciertas condiciones matemáticas, seríaposible iniciar un nuevo big bang.

¿Y cómo sería ese nuevo universo?

Como no controlaríamos sus constantes, seguramente sería un universo de hidrógeno y helio muy diluido, sin estrellas, sin vida.

Destruirlo sin haberlo conocido, eso se nos da muy bien a los humanos.

Sólo conocemos el 5% de la materia del universo. Del resto, una parte está constituidapor materia con interacciones gravitatorias atractivas, materia oscura, y otra parte, el70%, está constituida con interacciones repulsivas: energía oscura, la que provoca quela expansión cósmica se vaya acelerando.

Al final, ¿todo es energía?

Energía, espacio y tiempo.

¿Nosotros también?

Sí, es lo que somos, y también somos información, una magnitud que empieza a tener relevancia en la ciencia actual. Y sepa que es más complicado nuestro cerebro que todo el cosmos.

Paradójico.

En nuestro cerebro hay unos 100.000 millones de neuronas y en el universo conocemos100.000 millones de galaxias, pero interaccionan de una sola manera; en cambio, las neuronas lo hacen de miles de maneras.

Entrevista publicada en la Contra de la Vanguardia el pasado 3 de diciembre de 2008.

TAULA RODONA

EL REPTE DE LA DIVULGACIÓ CIENTÍFICA

A LA SOCIETAT DEL CONEIXEMENT


Vivimos en una sociedad híper evolucionada donde la información viaja a la velocidad de la luz y el conocimiento, en casi todos los ámbitos, se nos presenta, en una situación sin precedentes, más al alcance de la mano que nunca.

Si hemos llegado al zenit de nuestra civilización solo el tiempo lo dirá. De momento, la velocidad vertiginosa a la que evolucionan las nuevas tecnologías, nos avocan irremisiblemente a nuevas formas de movernos, relacionarnos... cambiando nuestro modo vivir.

¿Qué papel juega la ciencia en todo esto? Evidentemente uno muy fundamental, principalmente por ser la madre de la técnica. En segundo lugar por que urge una nueva ética que camine junto a los cambios y en esto la ciencia tiene mucho que decir.

Es necesario dar a conocer al mundo hacia dónde se dirige la actividad del científico, cuáles son sus objetivos, qué realidad subyace tras el mar de aplicaciones que nos aporta la investigación.

La sociedad del conocimiento no es si no aquella que sabe lo que busca, con unas prioridades bien definidas y un sin fin de posibilidades para orientar sus inquietudes. Aquella en la que la educación, en todos los ámbitos del saber, juega un papel protagonista.