Del Pastel de Pasas al Bosón de Higgs

Quien no haya visto la conferencia que impartió ayer Juan Luis Mañes, dentro del programa Zientziateka, organizado por la Cátedra de Cultura Científica de la Universidad del País Vasco, ha desperdiciado una ocasión única para darse cuenta de que la ciencia y el humor no son incompatibles y que cuestiones tan complicadas como el descubrimiento que ha motivado el Nobel de Física de este año, pueden ser tratadas desde perspectivas asequibles para casi todos los públicos.

Mañes, Catedrático de Física en la Facultad de Ciencia y Tecnología de la UPV/EHU, advirtió al principio de la conferencia de la dificultad de tratar estos temas ante un auditorio heterogéneo y no versado en asuntos de física. Una frase a Blaise Pascal, físico, matemático y filósofo del siglo XVII, le sirvió como disculpa. Según Mañes, Pascal afirmaba que “de los dos infinitos de la naturaleza, el de lo infinitamente grande y el de lo infinitamente pequeño, el hombre concibe más fácilmente el primero”.

A pesar de lo previsto por Pascal, Mañes se atrevió a hablar de espectros de luz, como “huella dactilar” de los elementos químicos, que distingue a unos de otros, y que nos permite entre otras cuestiones, saber cuál es la composición química de una estrella o deducir (lo hizo Dalton) la existencia de átomos.

El pastel de pasas

A partir de aquel momento, el desafío de los físicos era explicar el comportamiento de los átomos. El primero en intentarlo fue J.J. Thomson en 1897. Tras descubrir el electrón, realizó el modelo atómico conocido como “El pastel de pasas”.

Se imaginó que los átomos eran una especie de engrudo donde estaba la carga positiva, y dentro de esa carga estaban los electrones. La diferencia de masa de los electrones, con el peso total del átomo, le llevó a imaginarlo de ese modo.

A pesar de las características idóneas de este modelo, muy estable, pronto se vio que presentaba carencias importantes. Por ejemplo, si hiciéramos chocar una partícula alfa, ocho mil veces más pesada que un electrón, contra una de estas últimas partículas, no podríamos verificar las desviaciones de las partículas alfa que apreciamos constantemente, “sería como disparar a un mosquito, y esperar que rebote la bala”, aclaró.

Estos experimentos descartaron el modelo de pastel de pasas, que dio lugar al modelo planetario de Rutherford (más o menos el que todos recordamos de los libros de textos). El problema de este modelo era que un electrón, lejos de describir órbitas estables, circulares o elípticas, alrededor del núcleo, sólo podía orbitar durante menos que un microsegundo, antes de caer en él, con lo que era obvio que no servía para explicar la existencia del universo.

La siguiente tentativa se la debemos a Bohr, quien postuló entre otras cuestiones, que cada órbita por la puede circular un electrón, lleva asociada una cantidad de energía. Para explicar este concepto, recurrió de nuevo a una analogía. “El transbordador espacial normalmente llegaba a 300 kilómetros de altura, cuando tenía que hacer una misión de servicio al telescopio espacial Hubble, que está más arriba, el gasto de energía era brutal, es decir, cada órbita tiene una energía asociada”, así pues, según sea la diferencia de energía de cada electrón, así serán los colores que emite o absorbe el elemento del que forma parte.

El modelo de Bohr se ajustaba perfectamente a las medidas del átomo de hidrógeno… pero sólo al átomo de hidrogeno.

Desde entonces, han llegado a la física otros descubrimientos fascinantes como el comportamiento mixto de la luz como ondas y como partículas o la mecánica cuántica, establecida en 1925, que ha permitido viajar al interior de la materia, y gracias al uso de aceleradores, haber descubierto ya en 1960, más de un centenar de partículas subatómicas, la última de ellas, el Bosón de Higgs.

El primer acelerador de partículas. El Lawrence cyclotron se construyó hacía 1930. Medía apenas 10 centímetros. A su lado, el LHC posee un tunel de 27 kilómetros. Credits: Peter Blow, Source:www.physicsinfo.co.uk & http://www.greatdreams.com/

Cifras milagrosas

En vista de la magnitud de los descubrimientos de los últimos cien años, algunas de las personas asistentes, no se resistieron en el turno de preguntas a cuestionar al ponente sobre los límites de los descubrimientos.

Una buena forma de ilustrar el potencial de las investigaciones son las fotografías que el ponente mostró al final de la charla, donde se pudo observar la evolución de los aceleradores a lo largo de su historia. Suficientemente explicitas como para percibir los cambios que están por llegar.

Así, aclaró que los haces de protones que se usan en el LHC, alcanzan velocidades sólo 3 metros por segundo por debajo de la de la luz, que la masa de estos protones es 7.000 veces más grande que en reposo, y el tiempo, pasaría por ellos 7.000 veces más lento. «Cuando estos haces colisionan, se producen 600 millones de choques cada segundo, que son detectadas por experimentos como el ATLAS, que pesa 12.000 toneladas. Cada seis segundos, aproximadamente se produce un Bosón de Higgs«.

Para Mañes, lo realmente milagroso, sin embargo, son las matemáticas que hay detrás de toda la ciencia, la ingeniería, y las concepciones del universo que somos capaces de concebir en nuestro cerebro. Lo más sorprendente de todo, recordó, es que cuando decimos que comprendemos el universo, sólo estamos hablando del 4% de la materia ordinaria. La materia oscura o la energía oscura, que componen el 96% del universo, siguen siendo un reto para la ciencia.

Juan Luis Mañes en un momento de la conferencia. Credit: ACTIVATUNEURONA