¿Dimensiones extras?

mayo 27, 2013

El resultado científico más impactante y trascendente del año pasado fue el descubrimiento del Higgs. Como platicamos hace algunas semanas el Higgs finalmente cayó en las redes y ahora sabemos que si existe. Se buscó durante alrededor de 40 años y para encontrarlo se tuvieron que diseñar y construir aceleradores, colisionadores y detectores de partículas. Esos laboratorios y equipos, sin embargo, no fueron construidos solo para buscar al Higgs, sino que fueron construidos para tratar de descubrir más cosas acerca de la naturaleza.

La búsqueda de conocimiento y el intento de entendimiento de la naturaleza (es decir, de todo) representan unas de las características intrínsecas del ser humano. Buscar y explorar es parte de la misma naturaleza, quien a través de nosotros, es decir, a través de sí misma, se auto-explora e investiga. Y luego resulta también que desde que hacemos ciencia nos hemos dado cuenta de que esas búsquedas casi siempre resultan en ideas y conocimientos que luego pueden ser aplicados en otras áreas y en particular en cuestiones de absoluta practicidad. Ejemplos concretos de ello, relacionados precisamente con los aceleradores, colisionadores y detectores son: el internet – inventado en el CERN – el tratamiento de cáncer con aceleradores de hadrones, el desarrollo de técnicas de imagen en 3D para explorar el cuerpo humano, y un largo etcétera.

accelerator2Una de las cosas interesantes de la forma en que ésto funciona es que, al contrario de lo que podríamos imaginar, las fases iniciales de desarrollo y planeación de este tipo de proyectos de investigación no contemplan la resolución de los problemas prácticos que eventualmente terminan resolviendo. Es decir, cuando se planeaba la construcción del LHC, por ejemplo, no se pensaba en cómo diseñarlo para que pudiera resolver el problema de matar tumores cancerígenos en el interior del cerebro humano. Resulta que la tecnología desarrollada para llevar a cabo el programa de exploración científica del LHC puede ser utilizada y aplicada a otras cosas que conforme avanza el tiempo van surgiendo: ¡es en realidad maravilloso! Y bueno, si no era eso lo que se buscaba, entonces ¿qué se buscaba? ¿A poco lo construyeron solo para buscar el Higgs?

No. El Higgs fue uno de los muchos motivos. Buscamos y esperamos muchas otras cosas que den pistas sobre aspectos muy profundos de la naturaleza. El Higgs ha permitido verificar que la idea que teníamos sobre cómo se genera la masa es correcta, sin embargo quedan aún muchas preguntas y misterios sin resolver sobre ese problema. Por ejemplo, sabemos que existen 12 partículas que conforman la materia que nos conforma a nosotros y todo lo visible en el universo. Una de ellas, quizás la más familiar es el electrón. Otra de ellas, de las últimas en ser descubiertas (1994) es una partícula con el nombre poco amigable de quark top. Al descubrir el Higgs hemos entendido cómo es que las partículas adquieren su masa – por ejemplo estas dos partículas – sin embargo la masa del electrón es una millonésima del tamaño de la masa del top y no tenemos ni idea del porqué (bueno, si tenemos ideas, pero aún no sabemos).

escherOtro problema muy interesante es el de la materia oscura: Existe materia en el universo que no interacciona con la luz y que por lo tanto no la podemos ver. La enorme capacidad lírica de los físicos hace que entonces le llamemos materia oscura. Esta materia interacciona gravitacionalmente y es probable, aunque todavía no sabemos, que interaccione también a través de la llamada fuerza nuclear débil. No sabemos de qué está hecha. Sabemos que no está hecha de las 12 partículas conocidas, pero eso es todo. ¿Ideas? Un montón, pero aún no sabemos cuál – si es que alguna – es la correcta. Otro problema cotorrón: el Big Bang es la teoría que nos describe el origen y evolución del universo. Uno de los descubrimientos más impactantes hecho por los seres humanos es que el universo se está expandiendo: cada vez es más grande – o si prefieren – cada vez fue más pequeño. Hubo un momento en que era tan pequeño que la densidad de energía (cantidad de energía contenida por unidad de volumen) y la temperatura eran inmensamente altas, con valores que nunca hemos experimentado aquí en la Tierra (hasta ahora con el LHC). Al no haber experimentado con esos valores, no podemos estar seguros de que nuestra teoría sea válida en esa etapa de la evolución. De hecho sabemos que a esas escalas de tiempo y tamaño de nuestro universo tenemos que mejorar nuestras teorías, ya que en este momento aún no sabemos cómo reconciliar la interacción gravitacional con las otras interacciones (electromagnética, nuclear débil y fuerte) a nivel cuántico.

fluxUna de las ideas más recientes – relacionada con el problema precisamente de entender a nivel microscópico a la gravedad – contempla la posibilidad de que existan más de las 4 dimensiones que hemos verificado. Obviamente si hay una teoría o modelo que sugiera la existencia de más de 4 dimensiones, la pregunta más interesante es: ¿Cómo lo verifico? ¿Cómo puedo verlas? ¿Cómo son?

El LHC tiene el potencial de explorar y descubrir aspectos de la naturaleza que quizás den pistas y/o confirmaciones sobre las ideas que hemos generado para tratar de dar solución a este tipo de problemas. Muy probablemente también (o más bien) nos enseñe que nuestras ideas y especulaciones actuales son cortas y que existen más fenómenos de los que nos hemos podido imaginar.


Una idea descabellada, insensata

abril 7, 2013

Al contemplar nuestro alrededor nos damos cuenta que existe una multitud de objetos con características muy distintas. Colores, texturas, formas, olores, consistencias, temperaturas y sabores que nos invaden y dentro de los cuales existimos. Al contemplarlo con calma nos damos cuenta que no es obvio encontrar patrones o semejanzas en dicha vastedad de propiedades. ¿Qué puede tener en común la sangre humana con la pantalla de un televisor? ¿En qué se parece la hoja de papel en que están escritas estas palabras y el ojo de un sapo? ¿La arena caliente y seca del desierto comparada con las escamas de un pez?

Hace mucho tiempo surgió una idea descabellada: todo lo que existe está hecho, conformado, por unos cuantos elementos básicos. Unos cuantos entes fundamentales a partir de los cuales todo – si todo – lo que existe en el universo está formado. Estarán de acuerdo en que suena descabellado, demasiado simple ¡Sencillamente absurdo!

atoms1Con la aparición de la ciencia hemos ido adquiriendo un poco de conocimientos acerca de la naturaleza. Tenemos una herramienta que nos permite poner a prueba las ideas, aún las más descabelladas, y ver si tienen algo de razón o si son simplemente erróneas. Aunque estamos de acuerdo en que la idea arriba mencionada es descabellada, no deja de ser interesante y atractiva. De ser cierta podríamos intentar explicar todo lo que nos rodea a partir de sus elementos básicos. Tendríamos la oportunidad de intentar comprender toda esa vasta e intimidante gama de fenómenos a partir de algo simple y sencillo. ¡Es obvio que tenemos que averiguar si la idea tiene algo de sentido!

¿Cómo empezamos? Lo primero que se nos ocurre es agarrar una muestra de algún material y cortarla en trozos lo más pequeños posible. Luego podemos hacer lo mismo con otro material y comparar los trozos. Claro está que para poder cortar los trozos cada vez más pequeños necesitaremos utilizar cuchillos cada vez más delgados y filosos. Llegará un momento en que será imposible utilizar un cuchillo y tendremos que recurrir a algún otro método para cortar. Tendremos que inventar nueva tecnología que nos permita hacerlo.

Los primeros logros en esta dirección se dieron durante el siglo XIX. La química y la física permitieron ir desentrañando una aparente estructura básica en todos los materiales que se analizaban. Con la tecnología de ese momento se empezó a constatar que existían ciertas sustancias que al tratar de dividirlas ya no se podía. Los científicos de la época se apresuraron a determinar si existía un número finito de dichas sustancias y cuáles eran sus propiedades. Así se fueron descubriendo los llamados elementos químicos: sustancias que ya no pueden ser separadas en otras. Sustancias inseparables, indivisibles. Llenos de entusiasmo por tan impresionante descubrimiento, los científicos de la época

se emocionaron y declararon haber encontrado los entes fundamentales a partir de los cuales todo está formado. A las sustancias les llamaron elementos químicos (por ejemplo oro, hidrógeno, tungsteno, etc.) y a los entes fundamentales de cada sustancia átomos (en nuestro ejemplo átomo de oro, de hidrógeno, de tungsteno, etc.).

periodic-coolEntonces, ¿es cierto que los átomos son los bloques básicos fundamentales a partir de los cuales está formado todo? Pues no. Tuvimos un momento de euforia y nos adelantamos a nombrar indivisible a lo divisible y, para que no se nos olvide el error, les hemos dejado el nombre de átomos a esas estructuras que encontramos y que parecían indivisibles. En efecto, todos los objetos que podemos ver están formados de átomos, sin embargo, como veremos en otro momento, los átomos son divisibles en entidades aún más pequeñas: quarks y leptones.

Antes de irnos recordemos que nos trajo hasta aquí. Partimos de la descabellada y absurda hipótesis de que todo lo que existe en el universo está hecho de algunos entes fundamentales básicos. Al descubrir lo que ahora llamamos átomos nos percatamos de que efectivamente todo parece indicar que la hipótesis es correcta. Ahora sabemos que los átomos en realidad si son divisibles y también conocemos de qué están formados. En el camino hemos desarrollado una impresionante cantidad de tecnología que ha podido ser también utilizada en muchas aplicaciones de la vida cotidiana. El ejemplo quizás más evidente es el internet, creado en el CERN, laboratorio donde se ha estudiado este tipo de problemas desde hace décadas. Es asombroso que una idea tan aparentemente ingenua y contraria a nuestra intuición, haya revolucionado nuestro entendimiento de la naturaleza y la forma en que vivimos. Más de las veces la naturaleza nos ha enseñado, a través de su estudio detallado y cuidadoso, que la realidad puede ser muy diferente a nuestras ideas preconcebidas. Casi siempre hemos tenido que cambiar la forma de pensar. En la ciencia se requiere una mente abierta, es decir, una mente inquisitiva, crítica y que además, ante la evidencia confirmada, sea capaz de reconocer que se equivoca.

Entonces, ahora si para poder irnos, les pido el siguiente favor. Piensen en la cosa (objeto) más desagradable que puedan imaginar. Ahora piensen en el objeto más bello y placentero que puedan imaginar. Bueno, ambos, y ustedes, están hechos exactamente de lo mismo.


Colliders….

septiembre 11, 2012

Acaban de terminar las lectures de Lian-Tao Wang sobre colliders: Superb!

Estuvieron tan buenas que pretendo retomarlas llegando a Colima y repasarlas en detalle. Están invitados!

Mañana sigue el programa y luce prometedor. Espero que Javier pronto nos comparta nuevos comentarios sobre la escuela.

A dormir….


¿Hemos mejorado?

diciembre 2, 2010

Si, claro, por supuesto, de muchísimas maneras.

Es común escuchar “argumentos” de que antes se vivía mejor. Que de alguna manera todo el avance tecnológico y de conocimiento no ha mejorado la vida de los seres humanos (y por supuesto se dan ejemplos anecdóticos sobre alguna cosa en particular, ejemplos que se toman como prueba irrefutable de que efectivamente no hemos mejorado). Claro que la mayoría de las veces que escucho estas frases es en conversaciones casuales y de poco análisis verdadero, pero a veces creo que algunas de las personas que las dicen de verdad lo creen.

Aquí les dejo este video para que lo incorporen en sus análisis personales sobre el tema. Enjoy…..


Ciencia “pura” vs “aplicada”

febrero 18, 2009

Siempre se me ha hecho tonto e inadecuado que se haga una separación entre ciencia básica (“pura”) y aplicadas. Cuando se hace dicha división con cierto énfasis casi siempre lo hacen personas que no hacen ni la una ni la otra, ¡pero que dicen hacer alguna de las dos!

En la práctica los científicos dedican su tiempo y su esfuerzo a resolver problemas concretos y eligen algún tipo, ya sea “puro” o “aplicado”. Esta elección es personal y en muchos casos circunstancial. Sin embargo no existe rama de la ciencia “pura” que no utilice ni necesite a la ciencia “aplicada” y viceversa. Las invenciones y los desarrollos tecnológicos van de la mano con el avance en conocimiento básico fundamental, el cual no se puede obtener sin el desarrollo tecnológico. Así pues es tonto diferenciar.

Por eso me dio gusto encontrar el siguiente artículo: NYT

En México tenemos un gran rezago en producción científica, tanto básica como aplicada. Sin embargo  en el área aplicada estamos aún mas rezagados. Desgraciadamente no hemos podido salir de un atraso fenomenal en este sentido y no producimos prácticamente nada en el ámbito de ciencia aplicada. Existen “intentos” en algunos lugares, pero en su gran mayoría se hace simplemente maquilación o clonación de algunos dispositivos. No se crea tecnología, no se investiga. La meta casi siempre es conseguir un aparatito bonito que salga más barato y que se pueda vender, ah, y entre más rápido mejor. En algunos casos se intenta resolver algún problema de producción o de diseño para alguna empresa, lo cual es importante, pero no se debe confundir con ciencia aplicada. Es una situación alarmante que obviamente también repercute en el nivel e impacto de la ciencia “pura” mexicana.

La razón de este atraso es la falta de recursos y de proyectos nacionales de desarrollo científico. Para poder tener un impacto se requiere invertir cantidades importantes de recursos en la formación de personal (formación de posgrado en el extranjero) y la creación de laboratorios de investigación. Es indispensable también, dada la magnitud de recursos y de infraestrucutra necesaria, la incorporación del sector industrial privado y público. Nuestros empresarios y nuestra industria deben de despertar de su largo sueño y decidir estar a la vanguardia. Dejar de seguir y apostar a liderar.

¿Se podrá? ¿o le seguimos haciendo al Micky?