¿Hacia dónde se dirige la física?
El futuro pertenece a quienes se preparan para él, como bien saben los científicos que solicitan fondos para investigación a agencias estadounidenses como la Nasa y el Departamento de Energía. El precio de instrumentos como un telescopio espacial o un acelerador de partículas puede alcanzar los US$10 mil millones.
Entonces, en junio, la comunidad de físicos comenzó a considerar qué quieren hacer a continuación y por qué.
Ese es el mandato de un comité designado por la Academia Nacional de Ciencias, llamado Física de Partículas Elementales: Progreso y Promesa. Compartiendo la presidencia están Maria Spiropulu, profesora de la cátedra Shang-Yi Ch’en de física en el Instituto Tecnológico de California; y el cosmólogo Michael Turner, profesor emérito de la Universidad de Chicago, exdirector adjunto de la Fundación Nacional de Ciencias y expresidente de la Sociedad Estadounidense de Física.
El reporte del comité está programado para junio de 2024.
Recientemente, The New York Times se reunió con los científicos para analizar el progreso del grupo y los desafíos que se avecinan. La conversación ha sido editada para mayor claridad y brevedad.
¿Por qué convocar este comité ahora? TURNER:
Siento que las cosas nunca han estado más emocionantes en la física de partículas, en términos de las oportunidades para comprender el espacio y el tiempo, la materia y la energía, y las partículas fundamentales —si es que son partículas. Yo estaba tan entusiasmado en 1980 con la idea de la gran unificación, y eso ahora parece pequeño en comparación con las posibilidades que se avecinan.
Se refiere a las Grandes Teorías Unificadas, que se consideraban una forma de lograr el sueño de Einstein de una sola ecuación que abarcara todas las fuerzas de la naturaleza. ¿Dónde estamos en materia de unificación? TURNER:
Hasta donde sabemos, los componentes básicos de la materia son los quarks y los leptones; las reglas que los gobiernan son descritas por la teoría cuántica de campos llamada Modelo Estándar. Además de los bloques de construcción, hay portadores de fuerza —el fotón, de la fuerza electromagnética; ocho gluones, de la fuerza del color fuerte; los bosones W y Z, de la fuerza nuclear débil; y el bosón de Higgs, que explica por qué algunas partículas tienen masa. El descubrimiento del bosón de Higgs completó el Modelo Estándar.
Pero la búsqueda de las reglas fundamentales no ha terminado. ¿Por qué dos tipos diferentes de bloques de construcción? ¿Por qué tantas partículas “elementales”? ¿Por qué cuatro fuerzas? ¿Cómo encajan la materia oscura, la energía oscura, la gravedad y el espacio-tiempo?
SPIROPULU: No entendemos la masa del bosón de Higgs, que es unas 125 veces la masa de un átomo de hidrógeno. Cuando descubrimos el Higgs, lo primero que esperábamos era encontrar estas otras nuevas partículas supersimétricas, porque la masa que medimos era inestable sin su presencia, pero aún no las hemos encontrado. (Si el campo de Higgs colapsara, podríamos burbujear a un universo diferente).
El modelo estándar de cosmología no dice qué es el 95 por ciento del universo. Solo el 5 por ciento es material atómico como estrellas y personas; el 25 por ciento es alguna otra “materia oscura” y alrededor del 70 por ciento es “energía oscura” que está causando que el universo se expanda a un ritmo acelerado.
SPIROPULU:
Nos estancamos cuando alcanzamos grandes profundidades. Y en algún momento necesitamos cambiar de marcha —cambiar la pregunta o la metodología.
Si la unificación es la pregunta equivocada, ¿cuál es la correcta?
TURNER:
No creo que se pueda hablar de espacio, tiempo, materia, energía y partículas elementales sin hablar de la historia del universo. El Big Bang parece el origen del espacio y el tiempo, entonces podemos preguntar: ¿Qué son realmente el espacio y el tiempo? Einstein nos mostró que no son solo el lugar donde suceden las cosas. Son dinámicos: el espacio puede doblarse y el tiempo puede deformarse. Pero ahora estamos listos para responder la pregunta: ¿De dónde vinieron?
Somos criaturas del tiempo, por lo que pensamos que el universo tiene que ver con el tiempo. Y esa puede ser la forma incorrecta de ver el universo.
La ciencia ha permitido a la humanidad hacer grandes cosas que amplían nuestra visión y nuestro poder para moldear nuestro futuro. Si continuamos soñando en grande y trabajando juntos, nos esperan cosas aún más asombrosas.