DE SUPERNOVAS, HOMO SAPIENS Y QUARKS T
Publicado en
enero 20, 2013
Correspondiente a la edición de Octubre de 1993
Por Bruce Hoeneisen
Cuando nacía DINERS CLUB DEL ECUADOR, hace veinte y cinco años, no existían, o no salían aún al mercado, las píldoras anticonceptivas, el proceso de fotocopiado Xerox, la computadora personal, el procesador de palabras, el FAX, el revelado instantáneo a colores Polaroid, la tomografía, los relojes digitales con su indicador de cristal líquido, las reproductoras de video domésticas BETAMAX y VHS, los hornos de microondas domésticos, las impresoras laser, las redes globales de computación, la ingeniería genética, el trasplante generalizado de órganos, la concepción in vitro...
Hace veinticinco años se instalaba la primera estación terrena de comunicaciones vía satélite en América Latina. Hace veinticinco años el hombre aún no pisaba la luna. Hace aproximadamente veinticinco años salían al mercado las primeras calculadoras de bolsillo con un solo "chip" de silicio, los primeros microprocesadores, las primeras alas delta y el primer circuito integrado llamado CCD (Charge Coupled Device) que ha permitido la construcción de cámaras de televisión económicas, portátiles y sensibles.
En estos últimos veinticinco años la población mundial ha aumentado de 3.400 a 5.300 millones de personas, y se sobrepasa el límite de sustentación del planeta tierra con una calidad de vida deseable. La tecnología se vuelve necesaria para sobrevivir en un mundo sobrepoblado.
Para poner en perspectiva este avance tecnológico, mencionemos que hace cincuenta años (más o menos cuando yo nacía) no existía el transistor, las bombas nucleares, las computadoras (¡la primera bomba de fisión se calculó a mano!), los satélites artificiales, ni el LASER; no se decifraba aún el código genético y la televisión se hallaba en la infancia (con lo cual se terminaron los juegos milenarios del trompo y las canicas). Y hace cien años (más o menos cuando nacían mis abuelos) no existían el automóvil, la radio, la penicilina y demás antibióticos, ni los plásticos; la electricidad era una curiosidad de laboratorio y aún no se descubría la relatividad, la mecánica cuántica, ni que el universo contiene innumerables galaxias que se alejan entre sí.
El desarrollo tecnológico exponencial, el "despegue" de la humanidad, se inicia cuando la evolución de la especie llega al punto en que la velocidad de aprendizajes de generación en generación supera la velocidad de olvido. Este despegue ocurrió hace unos cinco mil años cuando emerge la escritura. Tal período es pequeño en comparación a la evolución del homo sapiens (aproximadamente 350.000 años), los homínidos (aproximadamente 10 millones de años), la vida (aproximadamente 3.500 millones de años), la tierra (4.600 millones de años), o el universo (12.000 millones de años).
Y esto nos lleva a dos historias extraordinarias que han cambiado nuestra cosmovisión en estos últimos veinticinco años: el descubrimiento en detalle del origen del universo, y el descubrimiento de las partículas que forman la naturaleza. ¡Y ambas historias están íntimamente relacionadas entre sí en el primer segundo de vida del universo!
En 1964-65 los radioastrónomos Arno Penzias y Robert Wilson intentaban medir la radiación de microondas (o ruido electromagnético) que emite nuestra Galaxia, la Vía Láctea. Para ello utilizaron un radio-telescopio que había sido construido para investigar la posibilidad de realizar comunicaciones a través del satélite "Echo". En el transcurso de esta investigación, Penzias y Wilson descubrieron algo inesperado: aun en direcciones perpendiculares al plano galáctico recibían un exceso de ruido de microondas, como si el universo tuviese una temperatura de unos tres grados sobre el cero absoluto. Este descubrimiento publicado con el modesto título Una medida de exceso de temperatura de antena a 4.080 megaciclos, cambiaría nuestra cosmovisión. ¡La radiación cósmica descubierta por Penzias y Wilson resultó ser el calor remanente de la gran explosión que dio origen a nuestro universo!
Gracias a las observaciones de Edwin Hubble en la década de los veintes, sabemos que la Vía Láctea no es una isla solitaria en el universo sino apenas una de incontables galaxias que se alejan entre sí. Si hoy el universo se expande y se enfría, en el pasado debió haber sido denso y caliente. Y así hemos descubierto con certeza y detalle cómo se formó el universo desde el primer centésimo de segundo. Por ejemplo, cuando el universo cumplía tres minutos y veinte segundos de edad, su temperatura había descendido lo suficiente para que pudiesen formarse núcleos de helio y trazas de deuterio y litio. La abundancia calculada de estos elementos está exactamente de acuerdo con las observaciones. A esa edad el universo era similar al centro del sol: un gas incandescente de electrones, protones y núcleos de helio. Doscientos mil años más tarde el universo se había enfriado lo necesario para que se unan los electrones con los protones y los núcleos de helio para formar átomos neutros de hidrógeno y helio, con lo cual se volvió transparente. Desde entonces la luz se propaga libremente enfriándose conforme se expande el universo. Doce mil millones de años más tarde Penzias y Wilson descubren esta radiación cósmica.
Cuando el universo se volvió transparente a la luz pudieron comenzar a formarse las galaxias y las estrellas a partir de dos elementos: hidrógeno y helio. ¿Dónde se formaron los demás elementos químicos necesarios para la vida? William Fowler y otros hicieron un descubrimiento asombroso: los demás elementos tuvieron que formarse en el centro de las estrellas al final de su vida. Si la estrella es suficientemente masiva, termina su vida violentamente mediante una explosión llamada "super nova", esparciendo por el espacio átomos de todos los elementos y dejando como remanente una estrella de neutrones o un hueco negro. Así descubrimos que nosotros somos literalmente "polvo de estrellas". Y esto es fantástico.
Cuando el universo tenía una fracción de segundo de edad su temperatura era tan elevada que se creaban y aniquilaban partículas y anti-partículas de vida muy corta. Hoy podemos crear y estudiar estas partículas inestables mediante grandes aceleradores, por ejemplo el TEVATRON de seis kilómetros de longitud en Illinois, el LEP (Large Electron-Positron Collider) de veinte y siete kilómetros en Europa, o el SSC (Superconducting Super Collider) de ochenta kilómetros que se halla en construcción en Texas.
Y esto nos lleva a nuestra segunda historia: al descubrimiento de los "ladrillos" de la naturaleza. Fechas memorables son: 1967-68 cuando Steven Weinberg y Abdus Salam, independientemente, proponen una teoría que unifica el electromagnetismo con la fuerza nuclear débil responsable de la radioactividad; 1974 en que Sam Ting y Burton Richter (y colaboradores) independientemente descubren una partícula llamada "quark c" (confirmando así la teoría de los quarks propuesta por GellMann y otros en 1964); el descubrimiento del "quark b" por Leon Lederman y colaboradores en 1977; y el descubrimiento en 1981 (por Carlo Rubbia, Simon Van der Meere y colaboradores) de las partículas predichas por Weinberg y Salam. Descubrimos entonces que toda la naturaleza conocida está formada por exactamente doce partículas: seis "quarks" y seis "leptones" (como el electrón). Estas partículas están relacionadas entre sí por varias simetrías. La teoría que describe las interacciones entre estas doce partículas está de acuerdo con todos los experimentos realizados hasta la fecha, con asombrosa precisión. Falta por descubrir una sola de las doce partículas: el famoso "quark t". Debe existir para que toda la teoría sea coherente. Estamos buscando afanosamente el último quark de la naturaleza mediante el TEVATRON del laboratorio FERMILAB.
Ciencia y tecnología se complementan entre sí. Los avances tecnológicos permiten realizar experimentos cada vez más ambiciosos, y las exigencias de los experimentos científicos originan desarrollos tecnológicos que resultan ser útiles en otros campos. Ejemplos son el desarrollo de los imanes superconductores en FERMILAB que resultaron escenciales para la tomografía; el desarrollo de detectores de partículas que encontraron aplicaciones en la medicina; y el de los detectores ultra-sensibles de luz CCD para los telescopios, con numerosas aplicaciones que incluyen las cámaras de televisión.
¿Qué esperamos para los próximos veinticinco años? Descubrir el último quark de la naturaleza, entender la cognición (la mente que intenta entender la mente), leer el código genético humano completo, encontrar la explicación a las extraordinarias regularidades de los doce "ladrillos" de la naturaleza, descubrir qué es la materia obscura que domina el universo, entender la formación de las galaxias, entender la asimetría que evitó la aniquilación exacta de materia y antimateria cuando el universo tenía veinticinco segundos de edad, entender el origen de las masas de las partículas elementales, entender el valor de la constante cosmológica...
¿Cual es el motor de este desarrollo vertiginoso de ciencia y tecnología? Es nuestra insaciable curiosidad por comprender la naturaleza, es nuestra creatividad, es nuestra predilección por superar desafíos, es nuestra permanente insatisfacción. En fin, tal vez sea el esfuerzo por entender esta sinfonía universal.
¿Hacia donde vamos? Nuestros cromosomas son prácticamente los mismos de hace cinco mil años cuando "despegó" la humanidad. También nuestro corazón: seguimos admirando las pinturas rupestres de Altamira y los poemas de Homero. Tenemos la misma agresividad e instintos de clan y territorio, útiles para sobrevivir en otra época. Nuestro cerebro no es el mismo: ha sido programado en las edades críticas por una educación muy diferente. Nuestra cosmovisión ha evolucionado. Sentimos nostalgia por nuestras raíces, por una vida más cercana a una naturaleza intacta. Pero también buscamos el avance de la ciencia y la tecnología que nos ofrecen tantas oportunidades.