Maldacena y las dos caras de la física

La bella y la bestia

actualidad — por el 22/10/2008 a las 15:09

El prestigioso científico argentino Juan Martín Maldacena visitó la Facultad para participar de un simposio internacional y brindó, además, una charla “apta para todo público”. Ante un auditorio abarrotado de personas, el investigador utilizó la figura del célebre cuento para referirse a distintos aspectos de la física y describió los aportes que pueden esperarse del nuevo colisionador de partículas (LHC).

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Juan Martín Maldacena

La conferencia de Juan Martín Maldacena tuvo lugar en el Aula Magna del Pabellón I.

La noche estaba fresca pero en el Aula Magna del Pabellón I el calor se hacía sentir. Es que unas 600 personas colmaron la capacidad de la sala, a tal punto que, ocupadas todas las butacas, la gente también llenó las escaleras y muchos tuvieron que permanecer parados en el fondo del recinto. Como pocas veces hombres y mujeres de todas las edades, algunos muy cercanos y otros muy alejados del universo de la ciencia y hasta familias con sus chicos incluidos, se acercaron a la Facultad. Se percibía un ambiente de excitación y expectativa propias de los grandes eventos.

Y no era para menos. El motivo de semejante convocatoria era la presencia de uno de los científicos argentinos más reconocidos en el mundo: el físico teórico Juan Martín Maldacena. Si alguien cree que esta descripción puede resultar exagerada, basta decir que uno de los papers más destacados de este investigador, desarrollado hace más de una década y que además lleva su nombre, la Conjetura de Maldacena, ha alcanzado un número de menciones tan alto que lo ubican en el segundo lugar entre los trabajos más citados de la historia de la física. Superando incluso, hace poco, a los recientes ganadores del Premio Nobel.

Maldacena comenzó a formarse en Exactas y se licenció en el Instituto Balseiro. Luego obtuvo su doctorado en Princeton y desde el año 2001 trabaja en el Instituto de Estudios Avanzados de esa universidad. Sus aportes más importantes están relacionados con la llamada Teoría de Cuerdas, un marco de unificación teórica de los dos pilares de la física contemporánea: la mecánica cuántica y la teoría de la relatividad general.

Invitado por el Departamento de Física para que participe del workshop internacional High precision for hard processes at the LHC que se desarrolló entre el 7 y el 10 de octubre en Exactas, Maldacena accedió a dictar una conferencia de divulgación, organizada por el mismo Departamento y la Secretaría de Extensión Graduados y Bienestar, que llevó por título La simetría y la simplicidad de las leyes fundamentales de la física. A continuación un resumen de los principales momentos del encuentro.

Un mundo de hadas

Maldacena comenzó expresando que de acuerdo con las concepciones surgidas a partir del siglo XX, las simetrías son la causa principal de la existencia de las fuerzas, y son las que, en cierto sentido, determinan las leyes de la física. Por lo tanto, su intención en la charla era tratar de explicar cuáles son esas simetrías y cómo es que determinan estas leyes. Claro que esta tarea no es para nada sencilla porque a distancias muy pequeñas, en la escala de las partículas subatómicas, el comportamiento de la materia es muy distinto al que nos tiene acostumbrados a escala humana.

“Alguna de las cosas que voy a decir van a parecer muy extrañas, casi increíbles. Parecen cosas que ocurren solo en los cuentos de hadas. Pero la naturaleza es más extraña que un cuento de hadas. El cuento que les voy a contar hoy se basa en La bella y la bestia”, sorprendió.

A continuación el físico procedió a la presentación de los personajes. La bella representa la simetría, la simplicidad y la elegancia. Estas cualidades se manifiestan en las cuatro fuerzas de la naturaleza: gravedad, electromagnetismo, fuerza débil y fuerza fuerte.  “Pero, hay otra parte que es la más misteriosa de las leyes de la naturaleza, que está representada por la bestia y que está relacionada con la ruptura de esas simetrías, que hace que todo resulte mucho más complicado”, explicó.

El punto es que resulta necesario desentrañar ambos aspectos para poder comprender la naturaleza. “De hecho podemos decir que nosotros somos los hijos del matrimonio entre la bella y la bestia –bromeó Maldacena-. Entre la simplicidad y la simetría de las leyes de la naturaleza y la ruptura de esta simetría, que determina muchas de las propiedades que son cruciales para que la naturaleza sea tal como es”.

Las simetrías de la naturaleza son muy importantes, no sólo para el ordenamiento de las partículas elementales (protones, neutrones, electrones, quarks, etc) sino, también, para la generación de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza. De hecho la física moderna ha avanzado mucho en su identificación y descripción. Pero la ruptura de esas simetrías tiene una importancia muy relevante. A tal punto que la ruptura de una de esas simetrías sería la que habría posibilitado, en el comienzo mismo del tiempo, la formación de materia y, por lo tanto, la existencia del universo tal como hoy lo conocemos.

Si bien todavía no ha sido comprendido del todo por qué se produjo, la mayoría de los físicos postula que esa ruptura espontánea de simetría sería la que habría permitido que las partículas adquirieran masa. En este sentido y de acuerdo con el actualmente aceptado Modelo Estándar de la física de partículas, la única forma propuesta de ruptura de esa simetría que permitió que las partículas tengan masa es el mecanismo de Higgs.

El bosón de Higgs es una partícula elemental hipotética cuya existencia es predicha por el Modelo Estándar, que interactuaría con todas las demás y a partir de esa interacción les generaría su masa. Sin embargo esta partícula, hasta el momento, no ha podido ser observada y, por lo tanto, su existencia no ha sido comprobada.

Protones chocadores

“¿Cómo descubriremos si estas partículas de Higgs existen y, si no, cuál es el mecanismo que provoca la ruptura de simetrías? –se preguntó Maldacena-. Lo que necesitamos son altas energías que permitan realmente explorar cómo es la naturaleza a distancias tan pequeñas. Y para eso necesitamos un microscopio muy poderoso”, se contesta.

Ese poderoso microscopio fue puesto en funcionamiento hace muy poco tiempo y ha llevado muchos años y muchos millones de dólares construirlo. Se encuentra muy cerca de la ciudad de Ginebra, a pocos kilómetros de la frontera entre Suiza y Francia. Su nombre es Large Hadron Colíder y LHC es la sigla con la que se lo conoce. “En castellano sería gran colisionador de partículas gordas. Hadrón significa gordo en griego. Se llaman gordas porque lo que realmente colisionan son protones, que son partículas que están hechas de muchas otras partículas más pequeñas. Este acelerador lo que hará es hacer chocar protones”, describe.

El LHC es un gran círculo, de 27 kilómetros de circunferencia, construido a 120 metros de profundidad.  Para poder lograr los objetivos para los que fue creado, el LHC debe entregarle a los protones una extraordinaria cantidad de energía, equivalente a 14 billones de voltios. Ahora bien, ¿cómo proporcionarle semejante cantidad de energía a una partícula elemental? Su principio de funcionamiento es el siguiente: se debe crear un campo magnético que haga que los protones doblen y vayan girando en el círculo y, a su vez, aplicar un campo eléctrico oscilante, que genera radiofrecuencias como las que tiene un horno a microondas, y sincronizarlas de manera tal que cada vez que el protón pasa por un determinado punto recibe un pequeño impulso y así se va sumando, sumando y sumando, hasta acelerarlo a muy grandes energías.

Pero, ¿por qué tiene que ser tan grande el círculo y no puede hacerse en uno que quepa en un laboratorio? “La razón es que para hacer doblar a una partícula tan energética se necesita generar un campo magnético muy, muy grande y eso es extremadamente difícil. Si uno  quisiera hacerlo en un lugar pequeño, necesitaría crear un campo magnético muchísimo más grande aún y eso, por el momento, no hay manera práctica de llevarlo a cabo”, aseguró Maldacena.

Un vez que el LHC esté en funcionamiento, va a generar conjuntos de protones circulando en direcciones opuestas del círculo, algunos de los cuales van a chocar entre sí y, al hacerlo, van a producir una lluvia de otras partículas. Para poder estudiar las partículas que surjan de esas colisiones, se construyeron dos gigantescos detectores principales. Uno de ellos, llamado Atlas, tiene 44 metros de ancho, 22 metros de diámetro y pesa 7 mil toneladas.

Enseguida Maldacena se preocupó por aclarar que semejante despliegue de recursos económicos y tecnológicos no tenía por único objetivo encontrar el boson de Higgs. “El bosón de Higgs  está asociado a lo que menos entendemos de las fuerzas naturaleza, a eso que llamamos la bestia. Entonces encontrarlo y entender como interactúa con el resto de las partículas es muy importante porque nos enseñará como se comporta la materia a escalas muy pequeñas. Pero además hay razones para esperar que se descubran otras partículas, que tienen que ver con otras cosas, cuya existencia también ha sido postulada teóricamente pero han podido ser observadas. Una de ellas es la llamada materia oscura, y la otra, son unas partículas relacionadas con algo que se llama supersimetría”, se entusiasmó.

¿Se acerca el fin del mundo?

En las últimas semanas diarios y revistas de todo el mundo publicaron en títulos de catástrofe que existía la posibilidad de que la puesta en marcha del LHC provocara la destrucción del planeta. Al respecto Maldacena no deja lugar a dudas. “Eso no ocurrirá. Es necesario entender que el experimento no generará fenómenos que nunca antes ocurrieron en la Tierra. Por el contrario, las colisiones que tratará de generar están ocurriendo constantemente debido a que los rayos cósmicos, que son simplemente protones que vienen a velocidades muy grandes, entran en la atmósfera y producen colisiones con energías incluso mucho mayores a las que se van a producir en el LHC. Entonces, si todas estas colisiones no han destruido al mundo, no hay ninguna razón por la cual los choques que se van a hacer en el LHC lo puedan dañar”, sostuvo.

Una vez convencida la platea que debía temer más por la crisis financiera internacional que por el funcionamiento del LHC, Maldacena vaticinó que en los próximos diez años se producirán interesantes descubrimientos en la física de partículas y se obtendrá una visión mucho más completa acerca del funcionamiento de la materia a escala subatómica. “La charla que di se basa en la existencia en la naturaleza, por un lado, de una cierta simetría, muy sencilla y muy bella, y por otro, de un aspecto más complejo, que asociamos con la bestia, que tiene que ver con la ruptura de esa simetría. Dentro de 10 años, si un físico diera una charla similar, probablemente nos diría que en realidad ambas partes son muy sencillas, y que lo que ahora nos parece complicado y feo se habrá convertido en algo muy sencillo y claro”, concluyó.

De todas maneras, si Maldacena acertara con su predicción, seguramente aparecería una nueva bestia, cuyos extraños misterios habría que volver a desentrañar, en una carrera sin fin, para regocijo de los científicos de todo el mundo.

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