En los confines extremos de la realidad: la física de altas energías

Si todo funciona como está previsto (algo no demasiado seguro en un proyecto de tan colosal magnitud) en algún momento de este año el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, el centro europeo de física de partículas en Ginebra, empezará a colisionar protones a las energías más elevadas jamás producidas por el hombre. El objetivo de este impresionante experimento, que ha involucrado a decenas de miles de científicos, ingenieros e informáticos en los últimos 20 años, es estudiar el comportamiento de los componentes de la materia en las escalas más pequeñas jamás analizadas en un laboratorio (aunque un un detector como ATLAS, ver imagen inferior, con el tamaño de un edifico, no es la idea que el público general pueda tener sobre un laboratorio científico).

La física de altas energías se encuentra en un momento crucial de su historia. El llamado Modelo Estandard de la física de partículas, establecido hace unos 30 años y corroborado hasta el más mínimo detalle en una multitud de experimentos, describe de manera satisfactoria prácticamente todas las interacciones conocidas entre las partículas fundamentales. Como vemos en la imagen, podemos explicar casi todos las partículas y las interacciones que encontramos en la naturaleza en términos de unas pocas partículas fundamentales y las cuatro fuerzas fundamenteales: electromagnética, fuerte, débil y gravitatoria. Quedan ciertamente incógnitas fundamentales por resolver, como la naturaleza de la materia oscura y de la energía oscura, de capital importancia en cosmología, o los valores que toman las constantes de la naturaleza, pero en términos de componentes de la naturaleza y sus interacciones hemos obtenido una comprensión de magnitud inimaginable hace un siglo.

Por lo tanto, los físicos de partículas esperan encontrar nueva física en las colisiones a las imprecendentes energías que estudiará el LHC. En el mejor de los escenarios, estos resultados determinarán la dirección a seguir en el estudio de la materia fundamental, por ejemplo con la construcción de otro acelerador lineal de electrones, ei ILC. Sim embargo, todos estos proyectos de investigación son muy costosos, y solo pueden ser financiados a una escala auténticamente global. El problema surgirá si el LHC no encuentra más que la física conocida. Este escenario no es algo completamente impensable, de hecho no hay ningún teorema que nos asegure que encontraremos nuevas partículas en estos experimentos, solo argumentos más o menos pausibles según la audiencia. Aún antes de empezar el LHC, la investigación en este posible futuro acelerador ha sido ya cancelada en el Reino Unido y reducida en buena parte en los Estados Unidos. Estas decisiones claramente se podrían reconsiderar a la luz de los resultados de LHC, pero pensemos un poco sobre lo que pasaría en el peor de los escenarios (un ejercicio de especulación pura sin ninguna garantía predictiva, pero estimulante para refexionar sobre el futuro de una disciplica científica que ha sido siempre paradigma del método científico).

Este escenario catastrófico podría tener consecuencias dramáticas para la física de altas energías. En primer lugar, seria bastante difícil argumentar la construcción de un nuevo acelerador internacional de aún más potencia. Esto a su vez implicaría de la manera tradicional de estudiar la materia a escalas cada vez más pequeñas, hacerla colisionar cada vez a mayores y mayores energías de manera artificial, se habría acabado. Querría esto decir que jamás podremos conocer las leyes que rigen la naturaleza a las escalas más pequeñas? No necesariamente, pero habría que modificar el paradigma estrátegico utilizado, por ejemplo utilizando aceleradores naturales (rayos cósmicos o neutrinos galácticos), información cosmologica como el espectro de microondas o la formación de estructura a gran escala e incluso experimentos a menor energía pero con estadística muy elevada.

Sería este el final de la física de partículas? Al menos el final del método habitual de investigación en esta disciplina, basado en ir incrementando sucesivamente las energía de colisión entre partículas. Sim embargo, es posible que surjan nuevas ideas tanto teóricas (nuevos procesos sensitivos a escalas muy pequeñas) o experimentales (nuevos dispositivos que permitan acelerar partículas a grandes energías con un muy reducido coste económico) que hagan progresar la disciplina. Mi opinión es que la realidad siempre nos tiene guardadas las sorpresas más inesperadas, o por un camino o otro surgirá una apertura hacia la profundización en las leyes fundamentales. Por otra parte, he descrito es escenario más catastrófico, si por otra parte aparecen nuevas partículas fundamentales en el LHC, la física de partículas entrará en una edad de oro como lo ha estado en los últimos 30 años.

Un último apunte personal: por obvios motivos de trabajo yo soy un asiduo visitante del CERN. El laboratorio de física fundamental más importante del mundo es bastante anónido si uno solo se fija en le exterior, una especie de compleja industrial diseñado sin demasiada gracia, algo muy lejano al futurista laboratorio ultrasecreto que para seguir en su habitual linea de veracidad aparecía en una novel de Dan Brown. Pero lo realmente atractivo y espectacular es lo que se va a estudiar en los próximos meses: las leyes básicas de la naturaleza a escalas nunca antes exploradas por el hombre.

Por una ciencia con conciencia

Después de su frustrado discurso de inaguración del curso académico en La Sapienza, otra vez la ciencia vuelve a ser el centro de un discuros del Pontífice, esta vez con motivo de un congreso científico multidisciplinar organizado en París. Se puede consultar aquí el discurso del Papa los participantes en el congreso interacadémico sobre el tema «La identidad cambiante del individuo» , organizado, entre otras instituciones, por la Academia de las Ciencias de París y por la Academia Pontificia de las Ciencias. Los títulos de las diversas conferencias impartidas en este congreso se pueden encontrar en su página web . Entre los temas tratados, se encuentran muchos de profundo calado científico y filosófico como:

• Identidad, genética y alteridad


• El yo, una perspectiva neurobiológica


• La identidad biológica_ genes, genomas y ambiente

La gran mayoría de los ponentes eran primeras espadas de variadas disciplinas científicas como el físico de partículas Nicola Cabibbo, el neurólogo Wolf Singer, el director de investigación del CNRS Pierre Jacob y el genético Axel Kahn.

El discurso de Ratzinger, titulado "Por una ciencia con conciencia" , es casi obligatorio de ser comentado en este blog con le que comparte mucho más que solamente el nombre. Como veremos, no intenta Ratzinger una ingerencia impropia en aquello que constituye la naturaleza y el método del conocimiento científico, sino más bien por un lado ampliar el horizonte de la razón humana, uno de cuyos modos de conocer es el científico, y por otra parte unificar la experiencia científica con las demás dimensiones del ser humano, en particular con la dimensión moral.

"En el momento en el que las ciencias exactas, naturales y humanas han alcanzado prodigiosos avances en el conocimiento del ser humano y de su universo, la tentación consiste en querer circunscribir totalmente la identidad del ser humano y de encerrarle en el saber que podemos tener."

Dicho de otra manera, la tentación es una filosofía reduccionista, aquella para la cual nuestro propio conocimiento es la propia medida de lo que es el hombre. Ratzinger alerta de que no es posible reducir el hombre ni a sus dimensiones físicas (un conjunto organizado de átomos), bioquímicas (el hombre como aquello que viene definido por su código genético) ni siquiera psicológicas (el hombre como conjunto predeterminado de procesos mentales). Esta por otra parte es una actitud perfectamente científica: la realidad como perpertuo misterio, del que cada vez conocemos más y mejor, pero que parece que nunca podemos aprehender por completo. Y por más que avancen las ciencias del hombre, hoy en día aún estamos a años luz de poder entender aquellos de sus características que más lo definen: la autoconciencia, la libertad y su deseo de sentido.

"Para evitar este peligro, es necesario dejar espacio a la investigación antropológica, a la filosofía y a la teología, que permiten mostrar y mantener el misterio propio del hombre, pues una ciencia no puede decir quién es el hombre, de dónde viene o adónde va."

"A lo largo de vuestro coloquio, habéis experimentado que las ciencias, la filosofía y la teología pueden ayudarse a percibir la identidad del hombre, que está en constante devenir. A partir de la cuestión sobre el nuevo ser surgido de la fusión celular, que lleva en sí un patrimonio genético nuevo y específico, habéis presentado elementos esenciales del misterio del hombre, caracterizado por la alteridad: ser creado por Dios, ser a imagen de Dios, ser amado hecho para amar. En cuanto ser humano, nunca está encerrado en sí mismo; siempre conlleva una alteridad y se encuentra desde su origen en interacción con otros seres humanos, como nos lo revelan cada vez más las ciencias humanas."

"El hombre no es fruto del azar, ni de un conjunto de circunstancias, ni de determinismos, ni de interacciones fisicoquímicas; es un ser que goza de una libertad que, teniendo en cuenta su naturaleza, la trasciende y es el signo del misterio de alteridad que lo habita."

Ratzinger hace aquí enfasis en un punto crucial, un dato de la más fundamental experiencia: la libertad del hombre. Frente a este hecho, solo son posibles dos posturas. La primera es la ideología reductivista, para la que la libertad del hombre es pura ilusión. Démonos cuenta que si el hombre es producto exclusivo de los factores naturales que lo constituten, nuestra percepción de que somos libres solamente puede ser una equivocación, pues no hay nada en las leyes físicas que pueda codificar aquello que entendemos como libertad. Es esta, junto con su conciencia, tal vez las dos características que definen al hombre que más misteriosas aparecen a la ciencia moderna.

Esto no quiere decir que nuestro conocimiento sobre las bases físicas y neurológicas sobre estos dos fenómenos no vaya a avanzar enormemente, que seguro que lo hará, pero si alguna vez la ciencia llegar a poder expresar la libertad y la conciencia humana en bases de puros principios físicos, el hombre tomará conciencia por fin que sin ningún lugar a dudas no es más que la consecuencia más o menos afortunada que una batidora cósmica, y deberá construir su futuro en base a esto (aunque es defícil pensar es estas categorías una vez asumida la ilusión de la libertad). Por otra parte, es tal vez el tomar plenamenente en serio la libertad del hombre lo que puede empujar a muchos científicos a considerar alternativas a la concepción reduccionista del hombre y de la ciencia y tal vez mucho más acordes con digámoslo así otras dimensiones de su experiencia personal.

"En nuestra época, cuando el desarrollo de las ciencias atrae y seduce por las posibilidades ofrecidas, es más importante que nunca educar las conciencias de nuestros contemporáneos para que la ciencia no se transforme en el criterio del bien, y el hombre sea respetado como centro de la creación y no se convierta en objeto de manipulaciones ideológicas, de decisiones arbitrarias, ni tampoco de abuso de los más fuertes sobre los más débiles. Se trata de peligros cuyas manifestaciones hemos podido conocer a lo largo de la historia humana, y en particular en el siglo XX."

El conocimiento cientifico, aunque nace de la misma razón humana, no puede homologarse al conocimento moral. Esto quiere decir que la ciencia informa de la realidad, pero las decisiones sobre como actuar frente esta información son de otro orden distinto. La ciencia explica como construir una bomba realidad, pero la decisión de lanzarla (o incluso de construirla) no pueden fundamentarse en el conocimiento científico (lo que para nada quiere decir que sean irracionales).

"Encomendando vuestra investigación a la intercesión de santo Tomás de Aquino, a quien la Iglesia honra en este día, quien sigue siendo un «auténtico modelo para quienes buscan la verdad», os aseguro mi oración por vosotros, por vuestras familias, por vuestros colaboradores y os imparto con afecto la bendición apostólica."

La última referencia a Santo Tomás puede parecer anacrónica, pero cobra sentido si tenemos en cuenta que la filosofía realista cristiana de herencia griega se encuentra en la base de la ciencia moderna, con su concepción de un mundo racional, ordenado por leyes de la naturaleza que el hombre puede y debe conocer. La definición del concepto de verdad que daba Santo Tomás es una con la cual la immensa parte de los científicos se sentiría reconocido: adequatio intellecto et rei, es decir, la adecuación entre nuestra inteligencia, nuestra razón y la realidad, o dicho de otra manera, la correspondencia que de manera siempre sorprendente podemos establecer entre nuestras teorías científicas y los datos que obtenemos de la experiencia. El maestro de Santo Tomás es San Alberto, el patrón de los científicos. Estoy seguro de que hubieran vivido en nuestra época serían unas grandes personalidades del mundo científico, y recibirían con alegría la reflexión de ratzinger sobre la naturaleza última de la aventura científica.

Sobre la llamada política científica

La ciencia llamada básica o fundamental ha debido siempre enfrentarse a un problema de financiación a lo largo de todos los momentos de su historia. Ya Aristóteles decía que el filósofo, esto es, la persona que ama la sabiduría y el conocimiento, debía tener una posición económica acomodada y no tener que implicarse en asuntos mundanos (como por ejemplo, preocuparse por conseguir dinero para pagar la hipoteca) para poder dedicarse en total libertad a sus investigaciones filosóficas especulativas. Siendo esta una loable intención, en la práctica los conceptos de científico y de solidez económica no han estado precisamente muy unidos. Durante siglos solo las personas con otras fuentes de ingresos, bien propios o bien gracias a algún mecenas, se podían dedicar a la investigación filosófica y científica. En Europa no fue hasta la creación de las Universidades en la Edad Media (donde se pusieron los fundamentos de la ciencia moderna) que en cierta medida se empezó a institucionalizar y reconocer el trabajo científico, y ofrecer un lugar donde la experiencia científica se podía practicar con continuidad.

El prestigio y los éxitos a los que llevó la ciencia a la sociedad, especialmente a partir de la revolución científica newtoniana y sus posteriores consecuencias tecnológicas de la revolución industrial, motivaron la inversión en investigación científica, tanto a nivel estatal como mediante la iniciativa privada. Sin embargo, para la ciencia considerada fundamental, por lo general la financiación de reduce a aquella que proveen las diferentes agencias de financiación estatales. Por ello cada cierto tiempo aparece la pregunta de por que debemos financiar la ciencia básica, es decir, que es lo que obtiene la sociedad como fruto del trabajo científico. Algunos científicos se muestran convencidos que el puro conocimiento de la realidad es un bien enorme para la sociedad, y que no hay que justificar más el trabajo científico. Otros responsables de política científica (que por alguna razón tienen a ocupar estos puestos con más frecuencia que en el caso anterior) tienden a enfatizar los aspectos benéficos de la ciencia para la sociedad, en términos de spin-offs, productos derivados de la ciencia básica.

Dejemos en primer lugar muy claro un punto crucial: la ciencia fundamental no se distigue de lo que podría llamarse ciencia aplicada en que no produce conocimientos que se puedan traducir en aplicaciones prácticas y por la tanto en obtener retorno económico, sino en que este último objetivo no es la prioridad de la investigación científica fundamental. Pero sin embargo, son los descubrimientos más inesperados, los que nunca han formado parte de ningún programa de investigación financiado por burócratas, los que han llevado a las aplicaciones prácticas más importantes, que han cambiado completamente nuestra civilización.

Hagamos una pequeña enumeración. El estudio de los fenómenos electricos en el siglo XIX por Faraday, Maxwell y muchos otros fue considerado por muchos de sus contemporaneos como algo completamente espúreo, sin interés ni aplicación ninguna. Es completamente innecesario recordar la esencial importancia de la electricidad en nuestra civilización. La mecànica cuántica, la rama de la física que estudia las escalas más pequeñas, surgió a partir del intento de Plack de explicar una oscura inconsistencia entre la teoría clásica y un peculiar experimento, la radiación del cuerpo negro. Hoy en día al menos un cuarto del PIB de los E.E.U.U. se basa directa o indirectamente en productos basados en la mecánica cuántica (como por ejemplo toda la industria de circuitos semiconductores). La misma mecánica cuántica que llevó a algunos pioneros como el español Ignacio Cirac a pensar en utilizar algunas de sus sorprendentes propiedades, como la de que los estados cuánticos son en realidad superposición de estados clásicos, para sugerir un nuevo modelo de computación cuántica, que de ser realizable cambiaría de manera radical la potencia de nuestros ordenadores (y por ello entre las muchas agencias que financian investigaciones en computación cuántica se encuentran también muchos ejércitos nacionales).

El fenómeno de Internet, a la que hoy en día estamos tan acostumbrados y muchos enganchados, se originó hace unos 15-20 años en el CERN, el centro europeo de física de partículas donde yo acostumbro a ir por trabajo, con la humilde idea de facilitar los constantes intercambios entre colaboradores científicos. El estudio de las extrañas propiedades radioactivas de algunos materiales en el laboratorio del matrimonio Curie en París fue el punto de partida que llevó en pocos años al descubrimiento de la energía nuclear, una fuente de energía no contaminante que muchos postulan hoy en día para combatir el cambio climático. Finalmente, el premio Nobel 2007 se concedió al descubrimiento de la magnetoresistencia gigante, un mecanismo magnético de la nanoescala que permitirá en pocos años, si no ya mismo, disponer de discos duros con varias veces las capacidades actuales.

Aún cuando ciertamente el importante que los científicos intentemos extraer de nuestro trabajo el mayor bien posible para la sociedad, y que la labor científica se debe evaluar con todo el rigor posible para asegurarse que el dinero que la sociedad invierte está bien empleado, debemos remarcar un punto importante: los más sorprendente, los descubrimientos que más han cambiado la historia, jamás han formado parte de un plan de trabajo, sino que han surgido del encuentro sin prejuicios de la razón humana impactada por la realidad. Cualquier política científica que no tenga en cuenta este factor de la dinámica del conocimento humano no solo será ineficiente para cualquier tipo de ciencia que no sea una mera copia de lo ya existente, sino que no ayudará a crear una auténtica cultura científica en la sociedad. Es nuestro trabajo, el de todos los científicos, transmitir a la sociedad lo apasionante del descubrimiento científico, de como la ciencia nace de lo más profundo de las aspiraciones del corazón humano.