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Ciencia y Espacio

Conoce a un detective de la «partícula de Dios»

Por CNN en Español

Por Elizabeth Landau

(CNN) — Una trillonésima de segundo después del Big Bang es el marco temporal que el físico Joe Incandela conoce bien. De manera que estaba sorprendido cuando lo invitaron para dar una conferencia a empresarios el año pasado acerca de las predicciones para 2013.

«Compare lo que sea que yo le diga con un grano de sal», me dijo recientemente en su oficina cerca de Ginebra, Suiza, parafraseando la presentación. «No sé nada acerca del futuro».

Es una declaración atrevida viniendo de alguien que ha pasado décadas colaborando con nuevas tecnologías y formas ingeniosas para resolver problemas. Para explorar el pasado del universo, Incandela ha estado pensando al borde del futuro.

Incandela lidera el equipo para el experimento del Pacto de Colaboración del Solenoide Muon (CMS, por sus siglas en inglés) una de las dos imponentes maravillas de la ingeniería moderna que detectó una importante partícula llamada el bosón de Higgs. Conocida para el público en general como «la partícula de Dios», el bosón de Higgs ayuda a explicar por qué la materia tiene masa, y, por lo tanto, por qué estamos aquí.

Los experimentos que lo descubrieron -ATLAS y CMS- se encuentran ubicados en los costados opuestos del acelerador de partículas más poderoso de la Tierra. El Gran Colisionador de Hadrones en CERN, con un costo de $10 millardos, está asentado en un túnel circular de 17 millas (27,36 kilómetros) debajo de la frontera franco-suiza y estrellará protones con una energía de 13 billones de voltios de electrones en 2015, después de las actualizaciones. La máquina fue diseñada para recrear las condiciones cercanas al momento del nacimiento del universo, para buscar evidencia de nuestros orígenes, incluyendo, el bosón de Higgs.

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Francois Englert y Peter Higgs recibieron el Premio Nobel de física el martes por desarrollar las teorías acerca de la partícula más importante de todos los tiempos. Incandela lució un esmoquin para el banquete y se tomó una foto con Higgs.

La asistencia a la ceremonia del Nobel en Estocolmo fue una de las experiencias más emocionantes de Incandela como portavoz de CMS, una posición parecida a la del director ejecutivo del experimento. Se retirará del puesto a finales de este mes y dejará Suiza en agosto para volver a la Universidad de California en Santa Bárbara, en donde es profesor de física.

La supervisión del experimento de CMS ha mantenido a Incandela demasiado ocupado para admirar el paisaje que ofrecen los Alpes a través de la ventana de su oficina. Sólo esta semana, ha viajado entre Estocolmo, Ginebra y Nueva York. No es de asombrarse que esté deseando establecerse de nuevo en los Estados Unidos antes de conseguir un perro (ha elegido el nombre de Petabyte).

Nos sentamos en una mesa cercana a la puerta mientras el físico -cuyos cabellos, pantalones y chaqueta eran de todos los tonos de gris- explicaba animadamente su visión del futuro: Un mundo de grandes interconexiones de gente e información, utilizando una vasta red de ordenadores para resolver nuevos problemas.

Esto ya ocurre entre los científicos en el Gran Colisionador de Hadrones en el CERN, lugar en donde la ‘World Wide Web’ se inventó.

«En nuestro campo, estamos frecuentemente a la vanguardia de algo», dijo. «Y esto podría ser realmente el principio de una revolución tecnológica radical más grande de lo que cualquiera ha anticipado en términos de computación y conocimiento».

Algo de la nada

El asombro de Incandela sobre el universo comenzó en su niñez. El quería saber, si quitas todo, ¿qué quedaría? Es un tema que aún explora: la composición del espacio vacío.

Al principio, el arte parecía su camino más probable. Estaba interesado en el soplado de vidrio y, para favorecer su trabajo, Incandela consideró convertirse en químico.

En la universidad, sin embargo, quedó enganchado a la física.

Henry Frisch, profesor de Física en la Universidad de Chicago, recuerda bien el curso universitario de electromagnetismo, en el cual, basándose en las notas de sus exámenes, un estudiante «estuvo a la cabeza del resto de su clase».

La estrella del curso, supo, era un chico que usaba una chaqueta caqui de Army Surplus y permanecía encorvado en la fila del fondo. Su nombre era Joe Incandela.

Frish fue el asesor de la tesis doctoral de Incandela; el proyecto era una nueva aproximación en la búsqueda del monopolo magnético. Cada objeto con un campo magnético tiene un lado positivo y un lado negativo -usted puede observar esto cortando un imán por la mitad y observar cómo aún hay dos «polos». Sin embargo, los científicos creen que podrían existir partículas que de verdad únicamente tienen un polo, el monopolo magnético.

En el edificio de física de alta energía en la Universidad de Chicago, Incandela, Frish y un pequeño grupo, buscaron esta partícula con nuevas tecnologías que habían inventado para la búsqueda del monopolo magnético.

Aunque otros científicos dijeron que esto no podría realizarse, su mecanismo detector funcionó- y habrían encontrado un monopolo magnético, si hubiera habido uno allí, dijo Frisch.

El proyecto exhibido por Incandela puede tener actitud y capacidad para hacer cualquier cosa que se necesite hacerse, aunque en una balanza más pequeña que el experimento CMS en el LHC.

«Pero en términos de contenido intelectual, es la misma búsqueda de cosas fundamentales absolutamente nuevas», dijo Frish.

Ser parte de un gran todo

Después de obtener su doctorado en 1986, Incandela aceptó una beca de investigación en CERN.

En Ginebra conoció a una chica llamada Helen, quien fue secretaria de la gerencia administrativa de CERN, mientras jugaba el último Frisbee. Ella tenía novio en ese momento, aunque Incandela «no creía que era digno de ser novio de ella».

Incandela la invitó a salir unos meses después, y la convenció de que ella «no necesitaba más a su novio». Se casaron en 1992 y ahora tienen dos hijos.

La gran noticia en CERN, a mediados de la década de 1980, fue el descubrimiento de las partículas llamadas bosones W y Z. Estas partículas habían sido identificadas en el Súper Sincrotrón de Protones (SPS, por sus siglas en inglés), un acelerador que había sido siendo utilizado para colisionar protones y antiprotones.

Incandela realizó investigaciones en el experimento del acelerador UA2, en donde la física Fabiola Gionatti de CERN también trabajaba. Ella lo recuerda como alguien «extremadamente brillante y motivado», pero también como una persona divertida que hacía bromas.

UA2 había dado a los científicos las medidas más exactas de las masas de los recientemente descubiertos bosones W y Z.

«Yo era un muchacho joven y verdaderamente sentía envidia», dijo Incandela. «Verdaderamente quería ser parte de un descubrimiento».

Muy pronto, lo fue.

Cuando Incandela volvió a los Estados Unidos en 1991, trabajó en el Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab, Laboratorio Nacional del Acelerador Fermi). Allí, fue parte de la búsqueda de una escurridiza partícula llamada quark top, la cual pensaban que era tan pesada como un átomo de oro, pero más pequeña que un protón.

Incandela colideró el descubrimiento en el CDF (Detector de Colisiones en Fermilab) del quark top. En 1995, el CDF y otro experimento, el DZero, anunciaron nuevas evidencias de esta partícula.

Incandela ya extrañaba el CERN, cuando recibió una invitación que cambiaría su carrera. La colaboración prepararía crear el experimento del Pacto de Colaboración del Solenoide Muon, en el futuro Gran Colisionador de Hadrones; él se preguntó si podría construir detectores de seguimiento, similares a los que había trabajado en Fermilab. Los detectores de seguimiento de silicio son los que los científicos utilizan para determinar las trayectorias de las partículas.

El primer taller de Incandela para trabajar en el sistema de seguimiento fue en 1997. Diez años después, el experimento CMS fue instalado a unos 330 pies (100,5 metros) bajo tierra en Cessy, Francia. Incandela esperaba mantenerse entre bastidores.

«Llegado ese momento, estaba agotado. Estaba bastante cansado», recuerda Incandela con una risa.

Pero aceptó la oportunidad de convertirse en el coordinador adjunto de física en el CMS. O portavoz adjunto. Y entonces, en 2011, fue elegido portavoz del experimento, un papel análogo al de director ejecutivo.

Hasta el límite

Incandela se hizo cargo de la dirección del experimento de CMS a principios de 2012, justo a media carrera para descubrir el bosón de Higgs.

«Uno se enfrenta a estos retos increíblemente difíciles, pero la fuerza de trabajo es algo fuera de serie en términos de entrenamiento y talento puro».

Los científicos han tenido que enfrentar muchas crisis en el camino que podrían haberles impedido el presentar evidencia del bosón de Higgs.

«Me alegra mucho que a la mayoría de personas les parezca que fue algo automático», dijo. «Pero puedo decirle que allí estaba el potencial para que ocurriera algún desastre o falla. Hubo muchas áreas donde podríamos habernos equivocado».

Incluso antes de asumir el cargo, Incandela comenzó a pedir a otros científicos que analizaran los datos de pruebas que representaran condiciones similares a las que los detectores experimentarían en 2012, cuando el haz de energía de partículas se incrementara a los 4 billones de voltios de electrones.

Los científicos descubrieron que las colisiones con haces más intensos -más pares de protones colisionaban en el detector- creaban tantos desechos, en otras palabras, demasiadas partículas adicionales en el detector, que el software que utilizaban se atascaba. La memoria del ordenador se consumía muchísimo; esto desaceleraba todo el sistema.

«Nos dimos cuenta de que no íbamos a ser capaces de manejar, incluso [tomar] los datos», dijo.

Eso fue en noviembre de 2011. Se suponía que la recolección de información comenzaría en marzo de 2012.

Incandela creó un equipo de trabajo para afrontar el problema. En febrero, el equipo lo había resuelto cambiando por completo el software.

Pero continuaron las preocupaciones en el CMS. ¿Cuál sería el impacto de las partículas adicionales de desecho en la búsqueda del bosón de Higgs?

Incandela creó otro equipo de trabajo para averiguarlo. No se veía bien.

«Volvieron y nos mostraron que perdíamos casi la mitad, o más, de nuestra sensibilidad», dijo Incandela.

Alrededor de mayo, los científicos habían descubierto cómo corregir los desechos adicionales, e incluso cómo obtener una mayor sensibilidad a la de antes para detectar la partícula.

«Los resultados eran realmente hermosos, entre bastidores era grandioso, no sé cómo lo llama usted, un programa de error», dijo. «Fácilmente podría haberlo arruinado, y no lo hice».

La hora de la verdad

Incandela se encontraba en casa una tarde histórica de junio de 2012, en su casa francesa de casi 300 años que él y su esposa remodelaron, manteniendo los accesorios originales de bronce. Habló por teléfono con una analista de CMS, y ella le envió una captura de pantalla de los resultados de las colisiones de partículas

«Dije, ‘Bien, esto es, lo conseguimos'».

Durante unos 10 minutos fue la euforia total. Se encontraba casi en estado de choque.

La primera persona a la que Incandela se lo contó fue su esposa.

«Tenía que contárselo porque yo no iba a volver a ser la misma persona que era una hora antes», dijo Incandela.

Pero, ¿se trataba realmente del bosón de Higgs? ¿Se podría confirmar?

«En este período la presión era increíblemente alta», dijo.

Incandela se reunió pronto con Gianotti, portavoz de ATLAS en ese momento y amiga de sus días de beca de investigación en el CERN, para contarle lo que habían descubierto en el CERN.

ATLAS y CMS mantienen lo que Gianotti describe como una «competencia saludable», y. para mantener su independencia, no existe un intercambio oficial entre las colaboraciones científicas. Pero Incandela y Gianotti, en su capacidad de portavoces de sus grupos respectivos, se mantuvieron informados entre ellos, sin revelar los detalles, sobre las tendencias hacia una señal del bosón de Higgs.

Para el deleite de Incandela, el experimento de ATLAS había producido resultados similares. Dos máquinas distintas en la pista circular de 17 millas (27,36 kilómetros) habían observados que las partículas se comportaban, más o menos, como los bosones de Higgs teorizados.

En CERN querían que el descubrimiento fuera anunciado en la sede del CERN a principios de julio, con una transmisión simultánea de una conferencia científica en Melbourne, Australia. Los científicos redujeron la fecha al 3 o 4 de julio.

Incandela pensó que sería grandioso dar la noticia el mismo día que el de la independencia de Estados Unidos, pero Gianotti fue quien dijo que los grupos deberían de tener el mayor tiempo posible.

«Simplemente miré y dije, ‘Me parece bien el 4′», dijo Incandela. «Como estadounidense, saltaba arriba y abajo dentro de mí».

Incandela ayudó a cambiar la historia de la ciencia con su anuncio del 4 de julio de 2012. Más tarde, los laboratorios en Estados Unidos se quejaron, no podían organizar eventos mediáticos en un día festivo federal. Incandela se sintió mal por un rato, pero a largo plazo cree que es genial.

«Es un día muy bueno para mí», dijo.

Vivir en el futuro

¿Por qué a usted, lector, debería de importarle si los científicos descubren las partículas que estuvieron presentes cuando comenzó el universo?

Piénselo: La forma en que los físicos de vanguardia trabajan juntos ha tenido consecuencias tremendas en la informática moderna. Lo más famoso, Tim Berners-Lee inventó la World Wide Web en el CERN en 1989, como una forma de facilitar el intercambio de información entre los científicos alrededor del mundo.

Ahora, Incandela ve otra revolución en potencia, el tema de sus charlas del «Mundo económico en 2013» a finales de 2012.

La informática hasta ahora ha seguido una tendencia llamada la Ley de Moore, que es la idea que, cada dos años, el número de transistores que puede haber en un circuito integrado se duplica. Usted puede observarlo claramente cómo los dispositivos son cada vez más pequeños a la vez que son más poderosos. Por ejemplo, ahora tenemos tabletas que son mucho más pequeñas y rápidas que los modelos de sobremesa de los años pasados. Sin embargo, ahora se habla del «fin de la Ley de Moore», la idea de que nos acercamos al límite de lo pequeño.

Si usted cree que la innovación se detendrá cuando los procesadores se nivelen, no se preocupe: Los usos más asombrosos de la informática podrían estar por venir, dijo Incandela.

El desarrollo del cerebro humano experimentó una tendencia similar. Comenzó hace 2 millones de años con las especies de apariencia humana, como Homo habilis, cuando el tamaño del cerebro comenzó a aumentar de forma exponencial, con un aumento verdaderamente dramático hace unos 800.000 a 200.000 años, dicen los antropólogos. Nuestros ancestros comenzaron a formar grupos de cazadores-recolectores y a conectarse entre ellos de nuevas formas, en otras palabras, con «infraestructura».

El cerebro humano tuvo más o menos su tamaño actual en el Homo sapiens hace unos 150.000 años, de acuerdo con el Museo estadounidense de historia natural. Sin embargo, la escritura no se inventó sino hasta alrededor del año 3.200 AC. Incandela plantea que la estructura social permitió el desarrollo de sistemas avanzados de comunicación.

Un fenómeno similar podría ocurrir en la informática. Cuando la infraestructura alcanza un nivel crítico, las personas comienzan a usarlo en formas revolucionarias, dijo. Al mismo tiempo, si los procesadores no se siguen haciendo más pequeños y poderosos tan a menudo, entonces los ordenadores también serán construidos para durar más tiempo. Eso podría volver la infraestructura informática interconectada más barata y más accesible, ampliando su potencial de uso en la innovación.

La idea ya se puede ver en la forma en que los científicos trabajan en el LHC. La Red Informática Mundial del LHC, que comprende más de 150 centros informáticos en más de 40 países, es la mayor red informática distribuida en el mundo, dijo Ian Fisk, coordinador de informática para el experimento CMS.

Los científicos utilizaron esta red global de alrededor de 300.000 procesadores para filtrar y analizar información mientras buscaban al bosón de Higgs.

«Pudimos realizar análisis que hubieran tomado mucho más tiempo o que posiblemente no hubieran sido posibles hace 10 años», dijo Incandela. «Imagínese lo que ocurre cuando este tipo de poder informático es accesible a todos los científicos o a todas las personas que intentan comprender las cosas en general».

La red le ayudará continuar trabajando con la información del LHC, pero no todos los problemas en los que piensa Incandela se pueden resolver con ordenadores. A mayor escala, le preocupa que Estados Unidos recorte la inversión en la física. Tiene que responder muchos correos electrónicos (y los ha estado escribiendo desde 1978). Ha recibido ofertas para la producción de una película sobre un colisionador.

También tiene ideas para nuevos experimentos. En casa, sus hijos adolescentes a menudo lo interrogan sobre su trabajo, y él quiere enseñarles a hacer cálculo.

Es un futuro lleno de acción para ese chico que se quedaba dormido en la fila del fondo en sus clases de física en la década de 1980.

Gracias a él, los libros de texto de esa época deberán ser reescritos.