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El nuevo ojo de la mente

CAMBRIDGE – La física y la cosmología modernas sugieren que las verdades básicas acerca de cómo funciona la naturaleza y cómo surgió nuestro universo son visibles solamente para quienes pueden ver sucesos que ocurren más rápidamente que el tiempo que demora la luz en cruzar un protón y cuya visión es capaz de distinguir distancias sub-nucleares. Afortunadamente, eso no deja de lado a los seres humanos, ya que podemos aumentar el alcance de los ojos con los que nacimos.

El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) nos da esta oportunidad. Al hacer chocar protones entre sí con una energía sin precedentes, monitoreando las muchas partículas que surgen de las colisiones y reconstruyendo los eventos principales que las produjeron, en la práctica los físicos habrán construido el microscopio más rápido y de mayor resolución de la historia, en el que cada protón toma una instantánea del interior del otro.

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El LHC es un proyecto de ingeniería grandioso, sobre cuyas varias características asombrosas se ha informado con profusión. No abundaré en esos detalles, e iré a la pregunta central: ¿qué podemos esperar ver?

Veremos cómo era el universo cuando tenía un milésimo de segundo de vida, en los primeros momentos del Big Bang. Los sucesos primarios en el LHC son, en la práctica, Little Bangs, minúsculas bolas de fuego que reproducen las condiciones del Big Bang, si bien en volúmenes de muy pequeño tamaño.

Esta recreación de los primeros momentos del universo abre una oportunidad muy estimulante. Sabemos que hoy el universo contiene una forma de materia, la así llamada materia oscura, diferente de cualquier cosa que hayamos observado.

La materia oscura en realidad no es oscura en el sentido usual, sino completamente transparente. Tampoco emite ni absorbe luz de manera significativa, lo que explica por qué por milenios los astrónomos no la advirtieron, a pesar de que contribuye cinco veces más a la masa total del universo que la materia normal. Sólo en el siglo veinte el estudio cuidadoso del movimiento de la materia visible y normal reveló la influencia de muchos elementos que, de otro modo, serían invisibles.

Puesto que el Big Bang original produjo materia oscura, los Little Bangs del LHC podrían producirla también, razón por la que los investigadores buscarán nuevas partículas con las propiedades adecuadas para producir la materia oscura astronómica: de muy larga duración y con muy débil interacción con la luz o la materia común. En consecuencia, hay buenas posibilidades de que aprendamos qué es esa sustancia ubicua, abundante y, sin embargo, elusiva.

Imaginemos una raza de peces inteligentes que comienzan a preguntarse acerca del mundo. Por milenios, sus ancestros dieron por sentado su ambiente acuoso; para ellos, era el único "vacío" que podían concebir. Sin embargo, tras estudiar algunos mecanismos y usar su imaginación, los peces especializados en física descubren que pueden deducir leyes del movimiento mucho más simples si suponen que están rodeados de un medio (¡el agua!) que complica la aparición de las cosas.

Somos esos peces. Hemos descubiertos que podemos obtener un conjunto mucho más sencillo para la física fundamental al suponer que por lo común percibimos como espacio vacío lo que en realidad es un medio. Hemos observado los efectos del "agua" que usamos para simplificar nuestras ecuaciones -enlentece las partículas y las hace más pesadas-, pero no sabemos de qué está hecha.

El LHC nos permitirá discernir la estructura microscópica del medio universal. La idea más simple es que está hecho de un nuevo tipo de partícula, la así llamada "partícula de Higgs", pero sospecho que hay más que eso. (Se obtienen mejores resultados en las ecuaciones con cinco nuevas partículas, e incluso podría haber más.)

En la década de 1860, James Clerk Maxwell formuló las ecuaciones para la electricidad y el magnetismo, como se conocían en ese entonces, y descubrió una inconsistencia. La reparó añadiendo nuevos términos a las ecuaciones.

Las ecuaciones modificadas, conocidas hoy como las ecuaciones de Maxwell, describieron una teoría unificada de la electricidad y el magnetismo. Las nuevas ecuaciones mostraron que la luz es una perturbación que se mueve y se renueva a sí misma en los campos eléctrico y magnético, y predijeron que son posibles nuevos tipos de perturbaciones.

Hoy llamamos a estas perturbaciones ondas de radio, microondas, radiación infrarroja y ultravioleta, rayos x y rayos gamma. Los usamos para comunicarnos, cocinar, y diagnosticar y curar enfermedades. La teoría unificada del electromagnetismo ha llevado a profundos avances en todas las ciencias físicas, desde la física atómica (en que los láseres y máseres son herramientas esenciales) a la cosmología (en que la radiación de fondo es nuestra ventana al Big Bang.)

Nuestra comprensión actual de la física es potente y precisa, hasta donde llega, pero no es lo coherente y bella que podría ser. Tenemos ecuaciones por separado para cuatro fuerzas: fuertes, débiles, electromagnéticas y gravitacionales. Este revoltijo recuerda las ecuaciones dispersas de la electricidad y el magnetismo antes de Maxwell.

Algunos de nosotros hemos propuesto ecuaciones ampliadas que unifican las diferentes fuerzas e, incorporando una idea llamada supersimetría, predicen muchos nuevos efectos. Ya se ha observado un par de esos efectos predichos (para los expertos: pequeñísimas masas de neutrinos y la unificación de acoplamientos). Sin embargo, como observara Carl Sagan, "para afirmaciones extraordinarias se requieren evidencias extraordinarias", mientras en este caso la evidencia todavía es circunstancial.

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Afortunadamente, estas ideas para una nueva unificación predicen que en el LHC se verán cosas extraordinarias. Si es así, descubriremos un nuevo mundo de partículas: cada partícula que se conoce en la actualidad tendrá un pariente más pesado -su “supercompañera”- con propiedades diferentes, pero predecibles.

Esas son mis esperanzas y expectativas para el LHC. Abundan otras especulaciones sobre lo que podamos ver, como dimensiones adicionales del espacio, cadenas en lugar de partículas, y mini-agujeros negros. Es muy probable que la realidad supere lo que podemos aprehender.