La f¨ªsica otea sus retos para los pr¨®ximos 20 a?os

Con una mezcla de la pompa de la Noche de los Oscars y de la competitividad de los Juegos Ol¨ªmpicos, 10.000 f¨ªsicos celebraron la semana pasada en Atlanta el Centenario de la Sociedad Americana de F¨ªsica [APS, siglas en ingl¨¦s]. El foro elegido fue el tradicional Congreso de Marzo de la Sociedad, que este a?o, en la concentraci¨®n de f¨ªsicos m¨¢s grande de la historia, ha contado con la presencia de m¨¢s de 50 premios Nobel. La variedad de los temas discutidos ha sido infinita: desde las part¨ªculas elementales a las galaxias m¨¢s lejanas; de la f¨ªsica b¨¢sica a la aplicada; de la ense?anza de la f¨ªsica a la pol¨ªtica cient¨ªfica. El hilo conductor del congreso ha sido sin duda la historia de la f¨ªsica en Am¨¦rica y su proyecci¨®n al futuro.En 1899 la comunidad cient¨ªfica europea era numerosa y estaba bien establecida (en Gran Breta?a la Royal Society contaba con m¨¢s de dos siglos de existencia); la unidad entre electricidad y magnetismo hab¨ªa sido establecida; se sab¨ªa que la luz era un fen¨®meno electromagn¨¦tico, y el electr¨®n hab¨ªa sido descubierto hac¨ªa dos a?os. En palabras de un eminente cient¨ªfico de la ¨¦poca, la f¨ªsica, salvo peque?os detalles pendientes, estaba pr¨¢cticamente terminada. El futuro no era, pues, muy prometedor para la APS, que nac¨ªa ese a?o con el prop¨®sito de fomentar la interacci¨®n entre la peque?a comunidad de Estados Unidos. Cien a?os despu¨¦s la sociedad cuenta con m¨¢s de 40.000 miembros y la f¨ªsica sigue depar¨¢ndonos sorpresas inexplicadas.

Valor de lo pr¨¢ctico

Las primeras contribuciones importantes de esa comunidad, que valoraba lo pr¨¢ctico sobre lo te¨®rico, fueron experimentales. Con sus medidas, Michelson y Morley derrumbaron la hip¨®tesis del ¨¦ter y Millikan determin¨® la carga del electr¨®n, pero durante el primer tercio de siglo Europa sigui¨® siendo el centro de la ciencia y produjo las dos piedras angulares de la f¨ªsica contempor¨¢nea: la teor¨ªa de la relatividad y la mec¨¢nica cu¨¢ntica. Fue la emigraci¨®n centroeuropea en la d¨¦cada de los treinta la que empez¨® a equilibrar la balanza cient¨ªfica y sent¨® las bases para el salto espectacular de la f¨ªsica americana en los ¨²ltimos 60 a?os, iniciado con dos contribuciones decisivas durante la II Guerra Mundial: el radar de microondas (inventado por los ingleses pero en gran parte desarrollado y perfeccionado por los americanos) y la bomba at¨®mica.Hacia 1950 la APS contaba ya con m¨¢s de 10.000 y celebraba reuniones peri¨®dicas en las que alguno de sus miembros presentaba art¨ªculos exc¨¦ntricos. Uno de ellos fue Bayard Peakes, que envi¨®, entre otras igualmente disparatadas, una comunicaci¨®n que negaba la existencia del electr¨®n. Su caso dio lugar a una resoluci¨®n del Consejo de la Sociedad proclamando el derecho de todo miembro a presentar su trabajo en los congresos anuales durante 10 minutos, independientemente de los resultados o conclusiones. Por desgracia, Peakes no se enter¨® a tiempo de esta decisi¨®n. Enfurecido porque la sociedad hab¨ªa rechazado antes otro art¨ªculo suyo, un d¨ªa de julio de 1952 entr¨® armado con una pistola en las oficinas de la sociedad en busca del editor responsable. Al no encontrarlo, descarg¨® su ira en una secretaria a la que mat¨® de un tiro.

A pesar de incidentes como ¨¦ste, que apareci¨® en la primera p¨¢gina de The New York Times, el prestigio de los f¨ªsicos en la sociedad americana sigui¨® en aumento, pues no s¨®lo su esfuerzo hab¨ªa sido decisivo para ganar la guerra sino que con la invenci¨®n primero del transistor y luego del l¨¢ser hab¨ªan abierto direcciones insospechadas a la tecnolog¨ªa militar y civil. Ejemplo de ello es que el puesto de Consejero Cient¨ªfico del presidente de Estados Unidos, creado por Eisenhower a ra¨ªz del lanzamiento del sat¨¦lite Sputknik por la Uni¨®n Sovi¨¦tica, ha sido ocupado mayoritariamente por f¨ªsicos.

Los problemas con que cada consejero se ha enfrentado han cambiado con el tiempo, desde las carreras espacial y nuclear a temas relacionados con competitividad e innovaci¨®n, pero en todos los casos el cargo les ha exigido tener que explicar la ciencia a los pol¨ªticos, tarea no siempre f¨¢cil. Recordaba Frank Press, que ocup¨® el puesto en la ¨¦poca de Carter, c¨®mo una ma?ana le llam¨® el presidente a su oficina intrigado por el titular que acababa de leer en el peri¨®dico: "Llegan del Sol menos neutrinos de lo esperado". "?Podemos hacer algo?", le pregunt¨® el presidente. Press tranquiliz¨® a Carter explic¨¢ndole que era simplemente que la teor¨ªa del Big Bang, propuesta para explicar la aparici¨®n del universo, predec¨ªa la emisi¨®n por el Sol de una part¨ªcula elemental llamada neutrino en cantidades mucho mayores que las que se hab¨ªan observado aqu¨ª en la Tierra. No obstante, despu¨¦s de que termin¨® de hablar con el presidente, se le acercaron a Press los consejeros pol¨ªticos y le dijeron: "?Otra crisis?". Si no crisis pol¨ªtica, el problema de los neutrinos solares s¨ª es todav¨ªa un enigma para la f¨ªsica de part¨ªculas elementales. Una posible soluci¨®n es que parte de los neutrinos emitidos por el Sol se transforman en otra clase de neutrinos que los experimentos actuales son incapaces de detectar. Pero esa transformaci¨®n no encaja f¨¢cilmente con el llamado modelo est¨¢ndar, que hasta ahora ha explicado con ¨¦xito tres de las cuatro fuerzas b¨¢sicas de la naturaleza, hasta las distancias subnucleares m¨¢s peque?as a las que han accedido los aceleradores de part¨ªculas. ?Qu¨¦ ocurre a distancias mucho menores, cuando esas tres fuerzas se hacen comparables? Y, m¨¢s a¨²n, ?es posible unificar en una gran teor¨ªa esas fuerzas con la cuarta, la de la gravedad? ?stas son las grandes preguntas sobre la f¨ªsica de lo m¨¢s peque?o que se discutieron en Atlanta, y cuya respuesta exigir¨¢ la construcci¨®n de aceleradores muchas veces m¨¢s potentes que los actuales.

A la escala de lo m¨¢s grande las inc¨®gnitas son igualmente profundas. Observaciones astron¨®micas recientes sugieren, como admit¨ªa Stephen Hawking en su conferencia del mi¨¦rcoles pasado, que la velocidad de expansi¨®n del universo est¨¢ aumentando en lugar de disminuir, en contra de lo que predice la teor¨ªa del Big Bang. Esta aceleraci¨®n podr¨ªa explicarse mediante la existencia de una constante cosmol¨®gica, sugerida por primera vez por Einstein y luego descartada por ¨¦l mismo como su mayor error, pero requerir¨ªa una modificaci¨®n de la teor¨ªa de la relatividad, con enormes implicaciones para nuestro conocimiento de las part¨ªculas elementales y del futuro del universo.

Ordenadores m¨¢s r¨¢pidos

Entre ambos l¨ªmites, los desaf¨ªos de la f¨ªsica no son menores. Uno de los m¨¢s debatidos en el congreso de Atlanta ha sido el que plantea la imparable demanda de ordenadores cada vez m¨¢s r¨¢pidos, alimentada, ir¨®nicamente, por el ¨¦xito de la tecnolog¨ªa microelectr¨®nica. La miniaturizaci¨®n de los circuitos permite procesar informaci¨®n a velocidades hasta hace poco impensables y almacenarla en espacios cada vez menores. Pero, ?hasta cu¨¢ndo se puede seguir disminuyendo el tama?o de los transistores sin afectar a su funcionamiento? ?Qu¨¦ hacer cuando hacia el a?o 2015 se alcance esa barrera?Las respuestas que se proponen son atrevidas, pero est¨¢n a¨²n lejos de ser realidad. Algunas se basan en nuevos materiales, como puntos cu¨¢nticos de semiconductores o nanotubos de carb¨®n, o en la manipulaci¨®n de ¨¢tomos individuales. Y hay quienes hablan incluso de materiales biomoleculares, como las prote¨ªnas de las hojas de espinaca, para fabricar dispositivos electr¨®nicos. Pero posiblemente la m¨¢s intrigante de todas las propuestas es la del ordenador cu¨¢ntico, en el que las operaciones matem¨¢ticas se realizar¨ªan usando las curiosas (y todav¨ªa no bien entendidas) propiedades de la mec¨¢nica cu¨¢ntica. El desaf¨ªo en este caso es c¨®mo construir tal ordenador. ?De qu¨¦ clase de dispositivos estar¨ªa hecho? Tampoco aqu¨ª faltan las respuestas ingeniosas, desde las que proponen usar haces de luz polarizada hasta las que sugieren emplear ¨¢tomos enfriados a temperaturas pr¨®ximas al cero absoluto.

Preguntas, preguntas, cuya contestaci¨®n, como el futuro, es imposible anticipar. Pero si, como dec¨ªa Winston Churchill, cuanto m¨¢s atr¨¢s miremos en el pasado mejor podremos atisbar el futuro, no cabe duda de que la Sociedad Americana de F¨ªsica, con esta reuni¨®n hist¨®rica de Atlanta, nos ha mostrado lo que cabe esperar de la f¨ªsica en los pr¨®ximos 20 a?os.

Emilio M¨¦ndez es catedr¨¢tico de F¨ªsica de la Universidad del Estado de Nueva York en Stony Brook, premio Pr¨ªncipe de Asturias de Investigaci¨®n Cient¨ªfica 1998 y miembro de honor de la Sociedad Americana de F¨ªsica.