Artículos sobre ciencia y tecnología de Mauricio-José Schwarz publicados originalmente en El Correo y otros diarios del Grupo Vocento

agosto 30, 2008

El doctor Lorenz y el rey Salomón

Fascinado por los animales y su comportamiento desde su niñez, Konrad Lorenz se dedicó a estudiarlos hasta convertirse en el último de los naturalistas al estilo antiguo y uno de los primeros en obtener el Premio Nobel por estudiar la conducta científicamente.

Fue, para muchos la imagen de esa nueva ciencia llamada “etología”, la figura de un robusto profesor austríaco, de barba y cabello blancos, que fumaba pipa mientras iba de su casa al lago seguido por una tropa de gansos que creían que ese caballero era, ni más ni menos, su madre. Konrad Lorenz apareció fotografiado así en revistas, libros y documentales que hablaban de importantes descubrimientos en la conducta, de los cuales los gansos que lo seguían parpando estridentemente eran parte fundamental.

La etología, de las raíces griegas “ethos”, carácter o costumbre, y “logos”, estudio, es la rama de la zoología que estudia científicamente el comportamiento animal, sobre todo manteniendo presentes la vida de los animales en la naturaleza y aspectos como la evolución, la genética, la fisiología y la anatomía. Nació como especialidad de la biología alrededor de la década de 1960, cuando diversos biólogos se aproximaron al estudio de la conducta animal dotados de herramientas muy distintas a las de los psicólogos tradicionales y de los por entonces dominantes psicólogos “conductistas” y de la psicología comparativa. Mientras los psicólogos estudiaban la conducta animal a la luz de lo que sabemos del comportamiento humano, la etología trabajaba con la anatomía, fisiología, neurobiología e historial filogenético de los organismos. Ambas disciplinas se acercan más, sin duda, conforme pasa el tiempo.

El que Konrad Lorenz fuera uno de los fundadores de esta disciplina en su forma actual no es extraño. Nacido en 1903 en Viena, desde muy niño mostró un amor extraordinario por los animales, y siempre agradeció que sus padres le toleraran cualquier cantidad y variedad de mascotas, y no sólo animales domésticos, sino diversos volátiles más o menos salvajes. Empezó estudiando medicina, se especializó en biología y empezó a dar clases de psicología en la Universidad de Königsberg. En 1936 conoció al biólogo holandés Nikolaas Tinbergen, el otro fundador de la etología, y juntos empezaron a estudiar, entre otros animales, a los gansos salvajes, comparándolos con los domésticos y observando que los impulsos de alimentación y cópula eran mucho mayores en los animales domésticos, mientras que se reducía la expresión de sus instintos sociales más diferenciados.

La brillante carrera científica de Lorenz se vio interrumpida cuando en 1941 fue enlistado en la Wehrmacht, el ejército regular alemán, como médico. Prisionero de guerra de los soviéticos de 1942 a 1948, consiguió seguir trabajando como médico y desarrollar una buena relación con sus captores, que al liberarlo le permitieron conservar el manuscrito de lo que sería su libro Detrás del espejo. Una de las principales ideas que desarrolló Lorenz y fue demostrada por él y otros investigadores, fue la de que ciertos comportamientos instintivos, es decir, patrones fijos no aprendidos y dependientes únicamente de la herencia de los animales, tienen igualmente mecanismos innatos de desencadenamiento o disparo. Esta idea se explica claramente al ver a un gato doméstico adulto jugar con un ratón de juguete o una bola de estambre.

El gato, genéticamente dispuesto para cazar, ya no necesita la cacería para satisfacer el hambre. La cacería es serie de patrones de conducta instintivos que es disparada por el hambre y la presencia de la presa previamente buscada. Si no hay hambre ni presas, el umbral de los estímulos necesarios para desencadenar la conducta de cazar va bajando hasta que un estímulo que apenas comparte características con el estímulo desencadenante original (como una bola de estambre que se mueve evocando una presa, aunque no lo parezca) basta para disparar o desencadenar la conducta. Lo que podemos interpretar como un simple juego es una liberación de tensión acumulada por la predisposición innata del organismo a un comportamiento determinado.

La carrera de Konrad Lorenz no se limitó a los espacios de la academia, sino que buscó dirigirse a un público más extenso en algunos de sus libros como El anillo del rey Salomón (1959), donde con un estilo agradable y cautivador relata sus experiencias divertidas con numerosos animales y las observaciones científicas que se derivaban de ellas, hasta darle al autor la capacidad de comunicarse con los animales como el rey Salomón con su legendario anillo. Otras obras populares fueron su libro sobre las relaciones entre el hombre y el perro y Sobre la agresión, el pretendido mal, un libro ampliamente mal comprendido y a veces atacado por el solo título. Este libro, muy vendido en la década de 1970 en todo el mundo, explicaba las raíces evolutivas de la agresión y, sobre todo, analizaba el asombroso hecho de que, con excepción de los seres humanos, los animales tienden a solventar sus enfrentamientos con otros de la misma especie sin llegar a la muerte de ninguno de los dos, algo que indica que nuestros instintos se han visto reprimidos o superados por fenómenos culturales y tecnológicos que van mucho más rápido que la selección natural darwinista.

Konrad Lorenz ganó el Premio Nobel de Medicina y Fisiología en 1973 de modo conjunto con Niko Tinbergen, quien desarrolló y demostró la idea de que la conducta, como los órganos, evoluciona para adaptar a los organismos (y en última instancia a las especies) a su medio ambiente, y el etólogo austríaco Karl Von Frisch, quien estudió las feromonas y desentrañó el significado de la “danza de las abejas” que comunica a la colmena la ubicación y distancia a la cual se puede encontrar una fuente de alimentación.

La popularidad que le dio el premio fue utilizada intensamente por Lorenz para escribir y hablar sobre filosofía y sobre temas que le preocuparon hasta el fin de su vida, como la protección del medio ambiente (fue en sus últimos años miembro de un partido “verde” originario) y el peligro de la autoaniquilación humana en una guerra nuclear. Murió en 1989. Parte esencial de su legado son los tres institutos que llevan su nombre en Austria, centros de estudio de la conducta.

La impronta


Lorenz descubrió que algunas aves “saben” al nacer cómo es su especie, y tienen la predisposición de considerar “su madre” cualquier cosa o ser que se mueva cerca durante un tiempo determinado, quedando “improntados” o “troquelados” con ese reconocimiento de especie. En condiciones naturales, lo único que se moverá cerca del polluelo es su madre, de modo que el sistema funciona en general. De allí todos los dibujos animados donde diversos polluelos “creen” que diversas cosas o seres son “mamá”.

agosto 23, 2008

Lejos del fin del Alzheimer

Una de las afecciones más crueles que padecen los seres humanos, le roba a su víctima la personalidad, la autoidentidad y lo que le da sustancia a su vida: sus memorias. La lucha contra el síndrome o mal de Alzheimer representa una promesa para millones hoy y en el futuro.

En 1901, el doctor Aloysius Alzheimer, conocido familiarmente como “Alois”, trabajaba en el asilo para enfermos mentales de Frankfurt cuando conoció a una paciente a la que llamó “Auguste Deter”, de 51 años de edad, y quien mostraba una serie de síntomas conductuales peculiares. El doctor Alzheimer no tenía elementos para diagnosticar el mal de la señora Deter, pese a su educación com,o psiquiatra y neuropatólogo en las universidades de Aschaffenburg, Tübingen, Berlin y Wurzburg.

Alzheimer prácticamente se obsesionó con la paciente, según sus biógrafos, observándola atentamente durante los años siguientes y denominando su afección “demencia presenil”. Cuando la señora Deter falleció finalmente en 1906, Alzheimer hizo que el expediente fuera enviado junto con el cerebro a Munich, al laboratorio del reconocido psiquiatra Emil Kraepelin, descubridor de la esquizofrenia y lo que hoy conocemos como “trastorno bipolar”, y propugnador de la teoría de que detrás de todo desorden psiquiátrico hay una patología biológica. Allí, con otros neurocientíficos, entre ellos el propio Kraepelin, se identificaron dos características físicas relacionadas con los problemas de conducta: las placas amiloides en el cerebro, depósitos de compuestos de almidón, y los que llamó “ovillos neurofibrilares”, acumulaciones patológicas de proteínas que se encuentran dentro de algunas neuronas.

En un discurso que pronunció el 3 de noviembre de 1906, presentó por primera vez unidos los síntomas clínicos y la neuropatología de la demencia presenil. Poco después, Kraepelin se refirió en una publicación a esa enfermedad dándole el nombre de su colega, y la afección quedó bautizada para siempre. Alois Alzheimer Murió a los 51 años de complicaciones e infecciones a resultas de una caída de un tren.

La enfermedad que ha inmortalizado a este médico es la forma más común de demencia, es decir, de la degradación de las funciones cognitivas, entre ellas la memoria, la atención, el idioma y la resolución de problemas. Se trata de una enfermedad degenerativa que avanza incesantemente, es, al menos hasta hoy, incurable, y eventualmente resulta fatal para el paciente. Pese a la relativa juventud de la paciente del doctor Alzheimer, esta afección se diagnostica habitualmente en personas mayores de 65 años. Evidentemente, en tiempos en que muy pocas personas llegaban a esta edad, la enfermedad era prácticamente desconocida. Pero el aumento en las expectativas de vida que ha ido produciendo sin cesar la medicina con bases científicas ha convertido a esta enfermedad en un problema no sólo de salud, sino también social.

La enfermedad comienza habitualmente (aunque esto no es una regla general) con pérdidas de memoria a corto plazo, y en su avance incluye confusión, irritabilidad, agresión, cambios de humor, disminución de las capacidades lingüísticas, pérdida de la memoria a largo plazo y la “retirada” del paciente de su vida, sus seres queridos, su mundo. Desafortunadamente, y a diferencia de otras afecciones, el Alzheimer no sigue un patrón definido, varía de persona a persona tanto en sus manifestaciones clínicas como en su duración, aunque la muerte suele sobrevenir en promedio siete años después del diagnóstico. En etapas avanzadas, sin embargo, la enfermedad se convierte habitualmente en una pesada carga para las personas que cuidan al paciente. La imprevisibilidad y los peligros a los que se enfrenta una persona que olvida su domicilio, o que no recuerda si dejó o no encendida la estufa, demandan una atención constante y desgastante en lo social, lo psicológico y lo económico.

Lo más desesperante y cruel es que, hasta hoy, no conocemos con precisión las causas de la enfermedad, si tienen o no bases genéticas (aunque hay datos que indican que los hijos de personas que llegan a padecer la enfermedad tienen tendencia a desarrollarla ellos mismos) y no sabemos todo acerca de su fisiología. En consecuencia, no existe ningún tratamiento efectivo ya no para curar, sino ni siquiera para ralentizar el avance del mal, o para paliar sus efectos, aunque algunos medicamentos ya aprobados que tienen resultados prometedores. En total, los Institutos Nacionales de la Salud de Estados Unidos informan que en este momento, y sólo en los Estados Unidos, se están llevando a cabo 522 pruebas clínicas de tratamientos orientados a atender a los más de 26 millones de pacientes de Alzheimer que viven hoy en día en todo el planeta.

La importancia social de la enfermedad no sólo la hace destinataria de grandes cantidades de esfuerzos e inversión económica y de talento para mejorar su diagnóstico y tratamiento, sino que también, y de modo ciertamente desafortunado, es objeto de continuos anuncios más o menos exagerados sobre tratamientos que podrian ser “milagrosos”, o relacionando con ella de modo caprichoso estudios poco relevantes, e incluso tratando de vender remedios milagrosos o de moda. Sin embargo, como el en caso de otras afecciones emocionalmente demandantes para los pacientes y sus familias, como el cáncer, muchos expertos consideran que los avances no serán espectaculares, sino lentos y modestos, y sólo serán útiles en su conjunto, como lo han sido los muchos y silenciosos avances sobre el cáncer.

Actualmente, los mejores medicamentos sustituyen algunos neurotransmisores que se pierden con la masiva muerte de neuronas característica del mal de Alzheimer, pero dejan de ser efectivos de seis a doce meses después de que empiezan a administrarse. Entre los nuevos medicamentos los hay que pretenden bloquear los procesos moleculares responsables de las placas amiloides y los ovillos neurofibrilares, suponiendo que éstos son la causa real de la muerte de neuronas, con resultados prometedores. También se trabaja en una vacuna que dispara las capacidades del cuerpo para evitar la formación de placas amiloides, con resultados prometedores hasta hoy... en ratones.

Factores de riesgo


La inactividad, la obesidad, la depresión, el alcohol, la falta de ejercicio físico o intelectual... la lista de factores que parecen aumentar el riesgo de sufrir Alzheimer incluye numerosos aspectos. Pero es en la genética donde parece haber datos más precisos. Los científicos han identificado un gen del cromosoma 19 que parece ser un importante factor de riesgo para el Alzheimer tardío. Otros candidatos son un gen del cromosoma 12 y otro del cromosoma 10. No existe pues, “el gen” del Alzheimer, lo que contribuye a la complejidad que nos presenta la enfermedad.

agosto 16, 2008

Representar al mundo en 3D

El sueño de crear la ilusión de tridimensionalidad ha recorrido un largo camino desde las primeras ilusiones estereoscópicas y, sin embargo, sigue siendo un concepto que sigue eludiendo nuestros esfuerzos.

Siempre hemos querido representar al mundo tridimensional más allá de la copia que significa la maqueta o la escultura. Conseguir la ilusión de realidad a partir de dos dimensiones fue el motor que llevó a maestros como Anaxágoras y Demócrito, en la antigua Grecia, a estudiar teorías geométricas de la perspectiva en las escenografías del teatro griego, con objeto de simular la profundidad. En la pintura, la perspectiva recibió su gran impulso de Filippo Bruneleschi, que demostró alrededor de 1415 el método geométrico usado hasta la actualidad por los artistas plásticos. Antes de él, la pintura usaba el tamaño relativo de personajes, edificios y objetos como forma de destacar su importancia histórica o espiritual, sin respetar la forma en que el ojo percibe la profundidad. A partir de entonces, el arte y la ciencia consolidaron su comprensión de la perspectiva.

Pero pronto se hizo evidente que el uso de la perspectiva tenía limitaciones, por cuanto representaba el mundo tridimensional desde un solo punto de vista, y un punto de vista, además, tuerto. ¿Por qué tuerto? Porque efectivamente la perspectiva geométrica del arte no tiene, ni puede tener en consideración, el paralaje, que es la base de la visión estereoscópica y, por tanto, de la forma en que nosotros vemos al mundo en 3 dimensiones.

El paralaje es una diferencia aparente de la orientación de un objeto a lo largo de dos líneas de visión distintas. Dado que nuestros ojos están en sitios ligeramente distintos, separados entre sí, nos muestran imágenes igualmente diferentes, sobre todo de los objetos que están relativamente cerca de nosotros, esto se llama estereopsis, palabra de etimología griega que significa literalmente “visión de la solidez” . La variación en las posiciones relativas de los objetos las que nos informan nuestros ojos es lo que genera en nuestro cerebro la sensación de profundidad y el conocimiento de la posición de los objetos en tres dimensiones o direcciones: alto, bajo y profundo.

La estereopsis no fue descrita sino hasta 1838 por el prolífico científico e inventor británico Charles Wheatstone, el primero que describió la visión binocular, lo que le ganó la Medalla real de la Real Sociedad británica. Siendo el primero en comprender cómo vemos la profundidad, fue también el primero en intentar simularla por medio de la presentación de imágenes distintas a cada ojo, inventando así el estereoscopio, que es la base de la gran mayoría de los intentos por producir la ilusión de 3 dimensiones o 3D. La ilusión del estereoscopio comienza con la toma de dos fotografías desde dos puntos de vista que simulan la separación de los ojos (existen actualmente cámaras de fotografía y vídeo con dos lentes situados en posiciones similares a las de los ojos para facilitar la toma de imágenes estereoscópicas), y después se utilizan lentes y un dispositivo para que cada ojo vea una de dichas imágenes, con lo cual se consigue una ilusión muy efectiva.

Hace años fueron famosos aparatos de diversión como el View-Master y productos similares, estereoscopios que usaban imágenes insertadas en círculos de cartón y que ofrecían una excelente ilusión de profundidad. A lo largo de la historia, diversos sistemas (algunos de los cuales implicaban hacer un pronunciado bizco) ofrecieron al público la oportunidad de ver imágenes en 3D, pero ninguno resultó realmente viable más allá de breves momentos de asombro. Lo que el estereoscopio lograba era darnos una perspectiva binocular, sí, pero totalmente estática, cuando lo más interesante del mundo que vemos en tres dimensiones es, precisamente, que cambia al movernos, los objetos parecen pasar unos frente a otros aunque no se muevan, sólo al cambiar nosotros de posición, al caminar a su alrededor.

Esa tercera dimensión dinámica se puede conseguir de dos formas. La primera es un holograma, una imagen fotográfica tomada con rayos láser (y, ahora, otros tipos de ondas) que reconstruye la forma en que la luz incidió en el objeto holografiado, por lo que al moverse el espectador puede ver un efecto real de tres dimensiones, con profundidad y cambios de estereopsis. Los hologramas son generalmente estáticos o al menos no se ha podido desarrollar un sistema adecuado para hacer hologramas en movimiento, digamos, para una película o programa de TV, en tanto que la holografía ha encontrado muchos otros usos en la ciencia y la tecnología, como lo revelan los hologramas presentes en muchos billetes de banco y tarjetas de crédito.

Las imágenes en movimiento y en 3D se consiguen proyectando una serie de imágenes estereoscópicas a los ojos, y por tanto necesita un filtro para que un ojo no vea lo que ve el otro. Así, se han creado películas en 3D en las que las imágenes están procesadas por un filtro de color, o polarización, para que el público, dotado de gafas con los filtros de color o los vidrios polarizados correspondientes, puedan ver la ilusión de 3D. Otras gafas más complejas usan cristal líquido que funciona como obturador, abriendo y cerrando el paso de imágenes alterntivamente a ambos ojos a gran velocidad. Los sistemas se multiplican sin que se haya conseguido un estándar satisfactorio por cuanto a la producción, proyección y visionado de las películas en 3D, todas tomadas con cámaras binoculares de cine o video. El extremo de aspecto más futurista son las gafas de realidad virtual, que contienen dos pantallas de vídeo en su interior, una para cada ojo, y que pueden ofrecer ilusiones muy convincentes, aunque el aparato en sí sigue siendo bastante incómodo por sus dimensiones y peso.

Por su parte, se han desarrollado numerosos sistemas sin gafas especiales, llamados de “autoestereoscopía”, para hacer más fácil el visionado de las películas. Desafortunadamente, estos sistemas suelen producir en los espectadores mareos y dolores de cabeza, algo que tampoco es ideal para este objetivo. La investigación seguirá adelante porque, finalmente, el premio para quien desarrolle un sistema viable, cómodo y de fácil difusión, será colosal.

Televisión tridimensional en el salón


La televisión en tres dimensiones soñada por la ciencia ficción y con frecuencia presente en películas y cómics referentes al futuro tampoco se ha hecho realidad, al menos de modo viable. Los intentos más recientes se han dado en series como la exitosa “Cosas de marcianos”, en la que se dio a los televidentes gafas especiales y se les indicaba cuándo usarlas para ver en tres dimensiones los sueños del personaje. La serie “Médium” lo intentó hace poco, pero sigue siendo poco práctico. De momento, claro.

agosto 09, 2008

Las fuentes alternativas de energía

Las fuentes de energía alternativas que pueden sustituir al petróleo como impulsor de prácticamente toda la economía del planeta se mueven entre los terrenos de la ingeniería, la fantasía y, a veces, el simple embuste.

El petróleo es nuestro principal combustible, pues de él obtenemos 38% de toda la energía que consumimos. Sumándolo al 26% de energía procedente del carbón y el 23% del gas, los combustibles fósiles dan cuenta del 87% de la energía, desde combustible para diversos medios de transporte de personas y mercancías hasta aceite para calentarnos en invierno y la generación de la mayor parte de la electricidad en todos los países, todo procedente de una fuente que, tarde o temprano, se agotará.

En 2006 los reactores nucleares sólo daban cuenta del 6% de la energía mundial, y los materiales fisionables, los elementos radiactivos que podemos usar para generar energía nuclear, también pueden agotarse. Las fuentes renovables de energía apenas cargan con el 7% restante: 6% procede de la energía hidráulica, mientras que todas las demás fuentes, como el calor solar, el viento, la energía geotérmica, los biocombustibles y la energía solar fotovoltaica (la que se recoge con celdillas solares) sumadas son responsables de menos del 1% del consumo mundial de energía.

El eventual agotamiento de los combustibles fósiles demanda una mayor eficiencia de las fuentes existentes y la investigación de otras que funcionan en teoría, como la fusión nuclear. Los reactores actuales utilizan elementos pesados cuyos núcleos se fisionan en núcleos más ligeros liberando gran cantidad de calor, que se utiliza para convertir agua en vapor y mover turbinas eléctricas. Es un proceso ineficiente, que genera desechos contaminantes, presenta riesgos de averías y temores en la población. El proceso inverso, la fusión o unión de dos núcleos ligeros en uno más pesado, es mucho más eficiente como generador de energía y es totalmente limpio, tanto que nuestra estrella, el sol, es un gigantesco reactor de fusión donde átomos de hidrógeno se unen como helio liberando luz y calor. Sin embargo, la ciencia y la técnica aún no han podido lograr la fusión artificial continuada y controlada, y la investigación continúa con sistemas altamente complejos para contener el plasma de hidrógeno necesario para la reacción.

La percepción general de una crisis energética y los incesantes aumentos de precios de los hidrocarburos no sólo impulsan la investigación científica, son también campo fértil para ilusos o embusteros que ofrecen “energía libre”, energía gratuita producida por máquinas más o menos ingeniosas o procedimientos más o menos fantasiosos. Así, en 1989 dos químicos, Stanley Pons y Martin Fleischmann, anunciaron una fusión nuclear en frío que generaba energía sin grandes problemas técnicos. El tipo de anuncio que cambia al mundo y gana premios Nobel... pero ningún otro científico consiguió replicar los resultados, y se determinó que los resultados habían sido reportados de modo impreciso, voluntaria o involuntariamente. Pons y Fleischmann pasaron a trabajar para Toyota donde gastaron unos 18 millones de euros en 9 años sin poder reproducir sus resultados originales.

En 2006 reseñábamos, en esta misma página, que Sean McCarthy, dueño de la empresa irlandesa Steorn Research, se había anunciado en la prestigiosa revista The Economist "invitando" científicos para poner a prueba un motor magnético que, decía, producía energía de la nada. Seleccionó a 12 científicos con los cuales estableció un contrato con una severa cláusula de confidencialidad y salió de escena. Un ejemplo de su motor debió ponerse en exhibición ante el público el 4 de juio de 2007, pero la demostración se suspendió y la empresa no ha vuelto a hablar con la prensa, ni ha dado informes de los científicos que “validarían” este, el enésimo motor magnético del que se afirma que puede generar energía de la nada. Ninguno de tales motores ha funcionado jamás, pero han sido fuente de ingresos para muchos que solicitan financiamiento para “desarrollar” sus mágicas máquinas. El dinero siempre “se acaba” sin que consigan su objetivo.

Las máquinas de movimiento perpetuo han adquirido gran impulso en los últimos años a resultas de su asociación con las creencias del New Age y con ciertas visiones ecológicas simplistas que les dan cierta legitimidad ideológica. Pero sin importar su supuesto mecanismo, nunca funcionan. Y eso que, si funcionaran, tendríamos que reescribir la totalidad de la física tal como la conocemos. Ciertamente esto se ha hecho muchas veces en el pasado, pero sólo ante evidencias claras, extraordinarias e incontrovertibles de fenómenos que el modelo anterior no podía explicar, algo que pondría a los inventores de una máquina así a la altura de Newton o Einstein. Estas fantasiosas máquinas tienen el enorme atractivo de presentarse como algo que ya está a nuestro alcance, a no ser porque está siendo reprimido por (por científicos y compañías petroleras, por ejemplo), y nos ofrece una energía gratuita que cambiaría la vida humana radicalmente. La tentación de creer es, sin duda, grande.

Pero lo más probable es que las energías alternativas que sustituyan al petróleo no sean mágicas, sino que representarán costes y problemas, cosa que por otra parte no debería sorprendernos. Los hidrocarburos nos dieron, en poco más de 150 años, grandes beneficios, pero a costa de contaminación, problemas de salud, guerras por el control del oro negro y problemas de precios. La energía alternativa, sea nuclear, de biocombustibles, de viento, solar, de las mareas o de otro tipo, traerá sus propios problemas, desde los cosméticos, como la preocupación que ciertos grupos expresan por lo poco estético de las granjas eólicas, hasta los de manejo de desechos nucleares.

La cantidad de petróleo que debemos reemplazar con alguna mezcla de energías alternativas es, hay que tenerlo presente, enorme, y sustituirlo de modo deficiente afectará sobre todo a quienes más necesitan una solución ecológica, accesible y limpia de energía para impulsar sus economías, los países del llamado tercer mundo.

Más allá del biodiesel


El interés en los biocombustibles producidos con plantas comestibles, como el maíz, ha alentado un debate “alimentación contra biocombustibles”, fuertemente teñido de intereses e ideas políticas. Sin embargo, existen opciones como el biocombustible de segunda generación (producido a partir de desechos vegetales no usualmente comestibles, en particular la celulosa), el de tercera generación, producido con base en algas cultivadas al efecto, e incluso el de cuarta generación, que podrían producir directamente a partir del bióxido de carbono microorganismos genéticamente modificados que hoy están desarrollándose en laboratorio. Las opciones están más abiertas de lo que parece.

agosto 02, 2008

LHC: el mayor experimento de física

El Gran Colisionador de Hadrones (LHC por sus siglas en inglés) es el más ambicioso proyecto europeo para confirmar o replantear el modelo estándar de la física y situar a Europa a la vanguardia de la investigación del universo.

Desde 1931, una de las más importantes herramientas de los físicos en sus investigaciones sobre las partículas que forman nuestro universo han sido los llamados “aceleradores de partículas”. Estos aparatos, inventados por el físico estadounidense Ernest Lawrence en 1929, utilizan campos eléctricos para acelerar partículas cargadas eléctricamente hasta que alcanzan grandes velocidades y son lanzadas contra distintos “blancos”, que pueden ser otras partículas, trozos de materia, etc. Estos aceleradores pueden ser circulares o lineales, permitieron el descubrimiento de la antimateria, los quarks y la creación de elementos no existentes en la naturaleza.

El elemento esencial de un acelerador de partículas es la energía a la que puede llevar dichas partículas, sobre todo cuando se trata de replicar las condiciones de ciertos fenómenos cósmicos como las supernovas o el Big Bang, la explosión que dio origen a nuestro universo. Esto significa que los físicos requieren de aceleradores más grandes y potentes para continuar sus descubrimientos.

Sin embargo, los aspectos más complejos de la física de partículas no suelen ser fácilmente comprendidos por quienes toman las decisiones en los gobiernos. Esto dio como resultado un gran retraso en el avance de la física por causa de una decisión presupuestaria del Congreso de los Estados Unidos. En 1983, un grupo de físicos analizó la viabilidad técnica y económica de un acelerador circular capaz de acelerar dos haces de partículas cada uno a 20 TeV (tera electronvoltios, un electronvoltio es la energía que adquiere un electrón al caer en un diferencial de 1 voltio; una molécula común a temperatura ambiente tiene una energía de aproximadamente 1/40 de eV, y la fisión nuclear de un átomo de uranio 235 libera 200 millones de electronvoltios; un tera electronvoltio es un millón de millones de electronvoltios). En 1991, comenzó la construcción del que llamaron “Supercolisionador Superconductor”, con un coste estimado original de 4.400 millones de dólares que pronto se convirtieron en 12.000 millones, el aumento en costes aunado al colapso de la Unión Soviética llevaron a que el Congreso estadounidense decidiera, en 1993, cancelar el proyecto cuando ya se había excavado un túnel de 22,5 kilómetros de largo en el sur de Texas.

El lugar se vendió a una empresa privada que planea instalar un centro de datos en el colosal túnel, hoy desierto.

El retraso en los avances de la física de partículas que representó esta decisión apenas se recupera ahora que está por entrar en acción el Gran Colisionador de Hadrones de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN). La energía a la que acelerará los dos haces de partículas es de 7 TeV, para un total combinado de 14 TeV, alojado en un túnel de 27 kilómetros de circunferencia en la frontera franco-suiza. En su diseño, financiamiento y construcción participan dos mil físicos de treinta y cuatro países, así como cientos de universidades y laboratorios. Y, con un retraso de dos años ocasionado en parte por problemas de fondos, hoy se está enfriando lentamente el sistema criogénico que permitirá que los imanes responsables de acelerar los haces de partículas actúen con máxima eficiencia como superconductores.

Todo esto, sin embargo, sólo es importante por lo que se puede aprender con el uso del LHC en seis experimentos que utilizarán los datos obtenidos de su funcionamiento. Al hacer chocar dos haces opuestos de protones o de iones de plomo (según el experimento) con energías similares a las alcanzadas en los primeros segundos posteriores al Big Bang, los físicos intentarán, entre otras cosas, producir el esquivo “bosón de Higgs”. Según el “modelo estándar” de la física de partículas que hasta hoy parece explicar todos los fenómenos, es decir, que parece ser correcto, predice la existencia de doce partículas elementales, de las cuales conocemos actualmente once. Los bosones son las partículas que fungen como mediadoras de las distintas fuerzas del universo, mientras que el bosón de Higgs, que aún no se ha observado, sería la partícula responsable de que otras partículas tengan masa. Esto permitirá igualmente determinar si el llamado “mecanismo de Higgs” para generar las masas de las partículas elementales se hace realidad en la naturaleza.

Igualmente, los físicos esperan poder hacer mediciones más precisas de las masas de los quarks, que son las partículas que conforman los protones y neutrones, para determinar si se confirma la Teoría Estándar o es necesario replantearla en alguna forma. Igualmente, pretenden empezar a averiguar por qué la gravedad es una fuerza tan tremendamente débil en comparación con las otras tres fuerzas fundamentales del universo (el electromagnetismo, la fuerza nuclear fuerte y la fuerza nuclear débil).

Pero la más ambiciosa posibilidad que ofrece el LHC e es la de responder a una de las más profundas cuestiones de la física actual: ¿cuál es la naturaleza de la materia oscura y la energía oscura? En realidad, cuando miramos al cielo con los ojos o con telescopios de radio, de rayos X, de radiación ultravioleta, etc., vemos únicamente un 4% de la masa que nuestros cálculos dicen que tiene el universo. La materia oscura, que no podemos ver pero cuya existencia conocemos por las relaciones gravitacionales del universo, compone el 22% del universo, mientras que los expertos calculan que un 74% de la masa del universo está formado por energía oscura. Llamamos “oscuras” a esta materia y energía como forma de destacar nuestra ignorancia, únicamente por darle nombre a algo de lo que desconocemos todo salvo su existencia.

Si el LHC pudiera, efectivamente, empezar a darnos respuestas sobre estos temas, su coste en términos de dinero sería el menos importante de los temas. Confirmar o transformar el paradigma de la física que nos explica todo cuanto existe en el universo, después de todo, es algo a lo que difícilmente se le puede poner precio.

Los números del LHC


El Gran Colisionador de Hadrones utiliza 1.232 imanes para guiar la trayectoria circular de los haces de partículas, 392 imanes de enfoque para mantener el haz enfocado y más de 6.000 imanes superconductores para acelerarlo en el anillo de 27 kilómetros de circunferencia en condiciones de vacío. Los imanes superconductores están enfriados a una temperatura de 1,9 grados Kelvin (es decir, a menos de dos grados del cero absoluto, más frío que el espacio exterior). El coste inicial presupuestado fue de 1.600 millones de euros y su coste final oscilará entre los 3.200 y los 6.400 millones de euros.