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1 de Octubre de 2019
Física de partículas

Un viaje alucinante al fondo de la naturaleza

Los grandes aceleradores de partículas y el «sentido común» de la realidad física.

EL LHC Y LA FRONTERA DE LA FÍSICA
EL CAMINO A LA TEORÍA DEL TODO
Alberto Casas
Catarata, 2019

Una comparación del primer ciclotrón, construido por Ernest Lawrence en 1930 y el cual podía sostener en la palma de su mano, con los aceleradores circulares contemporáneos de decenas de kilómetros de longitud nos muestra en qué medida la física experimental de partículas elementales se ha adentrado en el territorio de la gran ciencia. La investigación en este campo, iniciada a principios del siglo XX en pequeños laboratorios universitarios, ha pasado a hacerse en grandes instalaciones similares a complejos industriales. Los grupos experimentales reducidos se han convertido en colaboraciones en las que participan cientos, cuando no miles, de personas.

La etapa más reciente en este proceso la encarna el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), la infraestructura científica más compleja jamás construida, que nos ha permitido estudiar la naturaleza a escalas nunca antes exploradas. Gracias a él hemos podido confirmar la existencia del bosón de Higgs, el último ingrediente del modelo estándar que quedaba por descubrir.

Para conmemorar su número 100, la colección «¿Qué sabemos de?», de la editorial Catarata con la colaboración del Consejo Superior de Investigaciones Científicas, ha publicado una edición actualizada de la obra que inauguró la serie: El LHC y la frontera de la física, de Alberto Casas. Cuando apareció la primera, en 2009, faltaban algunos meses para que el LHC comenzara sus operaciones. Por eso esta se completa con un apéndice en el que se valoran los casi diez años de vida del acelerador. Y lo hace no solo analizando sus logros en este período (el descubrimiento y estudio del bosón de Higgs), sino también sus posibilidades de descubrir nueva física a corto y medio plazo.

Uno de los propósitos del libro es relatar de forma accesible y entretenida la historia y las características del acelerador, la razón de su construcción y cómo se efectuó la primera detección del Higgs [véase «El descubrimiento del bosón de Higgs», por Alberto Casas; Investigación y Ciencia, agosto de 2012]. También explicar los beneficios no estrictamente científicos de la inversión en gran ciencia. Pero El LHC y la frontera de la física es mucho más que eso. En algo menos de 140 páginas, el autor consigue embarcarnos en un viaje de descubrimiento que sin duda resulta tan fascinante como el destino final. Partiendo de las nociones más básicas de relatividad y mecánica cuántica, y al hilo de la historia, aprendemos cómo la combinación de experimentos astutos e ideas teóricas audaces fue conformando nuestra imagen del mundo de las partículas subatómicas.

El autor es uno de los grandes expertos internacionales en física más allá del modelo estándar, razón por la que el libro no se queda en una mera descripción de los muchos éxitos del modelo. Nos da cuenta de sus limitaciones y de cómo estas apuntan a la existencia de física aún desconocida, que quizás el LHC (o sus sucesores) puedan detectar en el futuro. Aprendemos entonces sobre el problema de la jerarquía o sobre algunos escenarios de nueva física, como la supersimetría o las dimensiones adicionales. También sobre lo infundado de los temores de que el LHC pudiera provocar un apocalipsis global.

Más allá de la discusión de teorías científicas, el libro nos enfrenta con algunas cuestiones que, aunque no son habituales en la bibliografía de divulgación, tienen gran importancia para una adecuada percepción de la ciencia por parte del gran público. Por ejemplo, qué hace especial a la ciencia como forma de conocimiento, dónde radica su efectividad para describir y controlar la naturaleza, o cómo la retroalimentación de teoría y experimento dota al conocimiento científico de su robustez y fiabilidad.

Una cuestión que constituye el verdadero leitmotiv del libro es el concepto de «teoría efectiva» como base de nuestro conocimiento de la naturaleza. La física describe la realidad acotándola en escalas y adaptando los términos de la descripción a la escala correspondiente. Así, a un ingeniero le basta con conocer algunas propiedades físicas de los materiales con los que diseña un puente, codificadas en unos cuantos parámetros, sin preocuparse por la estructura atómica de la cual se derivan. Un análisis en estos términos es perfectamente legítimo para el ingeniero, pero no para el físico del estado sólido que aspira a entender las propiedades microscópicas del material. La física newtoniana, que basta para construir el puente, deja de funcionar a pequeñas distancias, donde debe ser reemplazada por la mecánica cuántica. Al mismo tiempo, tenemos que abandonar la imagen cotidiana de un sólido continuo para pensar en términos de electrones y átomos.

Y es que, como explica el autor, nuestro sentido común no es extrapolable a todas las escalas. O dicho de otra forma: cada escala de distancias tiene su propio «sentido común», su teoría efectiva. La idea de cómo uno reemplaza a otro a medida que nos movemos entre escalas reviste una importancia clave para aclarar toda posible confusión sobre el verdadero funcionamiento de la física. Clarifica, en particular, cómo el carácter progresivo y acumulativo de esta ciencia se deriva de completar las teorías existentes, extender su dominio de aplicabilidad y empujar en el proceso la frontera del conocimiento.

Esta secuencia de teorías efectivas, con sus sucesivos dominios de validez, conecta con la otra trama subyacente del libro: el reduccionismo explicativo. Nuestra comprensión de los fenómenos naturales y de su multiplicidad se basa en la posibilidad de describirlos en términos de estructuras más simples. Desde la unificación de la física terrestre y celeste llevada a cabo por Newton en el siglo XVII hasta la física de partículas contemporánea, este ha sido probablemente el principio intelectual más exitoso en la historia del pensamiento científico. Llevado hasta sus últimas consecuencias, nos conduce a la búsqueda de esa «teoría del todo» a la que el subtítulo del libro hace referencia como meta última de la física de altas energías.

Decía Ortega y Gasset que la claridad es la cortesía del filósofo. Y sin duda también la del científico, especialmente cuando se dirige a un público amplio. En El LHC y la frontera de la física su autor nos demuestra unos altísimos niveles de cortesía excepcionales en la divulgación actual. Su claridad se basa precisamente en no renunciar un ápice al rigor ni a la profundidad en la presentación, y en evitar, además, simplificaciones extremas que puedan distorsionar o trivializar el contenido.

La reedición actualizada de la obra de Casas es una excelente noticia para la divulgación en castellano y para el público interesado en el presente y el futuro de la física de partículas. Pero este libro es, además, una lectura especialmente recomendable en esas edades formativas en las que es necesario alimentar la curiosidad y estimular el pensamiento más allá de los meros contenidos académicos. Se trata de un libro conciso, claro, ameno y riguroso, que de engrosar las bibliotecas de los centros de enseñanza media bien podría despertar o reorientar más de una vocación científica.

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