La física otea sus retos para los próximos 20 años

Con una mezcla de la pompa de la Noche de los Oscars y de la competitividad de los Juegos Olímpicos, 10.000 físicos celebraron la semana pasada en Atlanta el Centenario de la Sociedad Americana de Física [APS, siglas en inglés]. El foro elegido fue el tradicional Congreso de Marzo de la Sociedad, que este año, en la concentración de físicos más grande de la historia, ha contado con la presencia de más de 50 premios Nobel. La variedad de los temas discutidos ha sido infinita: desde las partículas elementales a las galaxias más lejanas; de la física básica a la aplicada; de la enseñanza de la física a la política científica. El hilo conductor del congreso ha sido sin duda la historia de la física en América y su proyección al futuro.En 1899 la comunidad científica europea era numerosa y estaba bien establecida (en Gran Bretaña la Royal Society contaba con más de dos siglos de existencia); la unidad entre electricidad y magnetismo había sido establecida; se sabía que la luz era un fenómeno electromagnético, y el electrón había sido descubierto hacía dos años. En palabras de un eminente científico de la época, la física, salvo pequeños detalles pendientes, estaba prácticamente terminada. El futuro no era, pues, muy prometedor para la APS, que nacía ese año con el propósito de fomentar la interacción entre la pequeña comunidad de Estados Unidos. Cien años después la sociedad cuenta con más de 40.000 miembros y la física sigue deparándonos sorpresas inexplicadas.

Valor de lo práctico

Las primeras contribuciones importantes de esa comunidad, que valoraba lo práctico sobre lo teórico, fueron experimentales. Con sus medidas, Michelson y Morley derrumbaron la hipótesis del éter y Millikan determinó la carga del electrón, pero durante el primer tercio de siglo Europa siguió siendo el centro de la ciencia y produjo las dos piedras angulares de la física contemporánea: la teoría de la relatividad y la mecánica cuántica. Fue la emigración centroeuropea en la década de los treinta la que empezó a equilibrar la balanza científica y sentó las bases para el salto espectacular de la física americana en los últimos 60 años, 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 atómica.Hacia 1950 la APS contaba ya con más de 10.000 y celebraba reuniones periódicas en las que alguno de sus miembros presentaba artículos excéntricos. Uno de ellos fue Bayard Peakes, que envió, entre otras igualmente disparatadas, una comunicación que negaba la existencia del electrón. Su caso dio lugar a una resolución 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 enteró a tiempo de esta decisión. Enfurecido porque la sociedad había rechazado antes otro artículo suyo, un día de julio de 1952 entró armado con una pistola en las oficinas de la sociedad en busca del editor responsable. Al no encontrarlo, descargó su ira en una secretaria a la que mató de un tiro.

A pesar de incidentes como éste, que apareció en la primera página de The New York Times, el prestigio de los físicos en la sociedad americana siguió en aumento, pues no sólo su esfuerzo había sido decisivo para ganar la guerra sino que con la invención primero del transistor y luego del láser habían abierto direcciones insospechadas a la tecnología militar y civil. Ejemplo de ello es que el puesto de Consejero Científico del presidente de Estados Unidos, creado por Eisenhower a raíz del lanzamiento del satélite Sputknik por la Unión Soviética, ha sido ocupado mayoritariamente por físicos.

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 innovación, pero en todos los casos el cargo les ha exigido tener que explicar la ciencia a los políticos, tarea no siempre fácil. Recordaba Frank Press, que ocupó el puesto en la época de Carter, cómo una mañana le llamó el presidente a su oficina intrigado por el titular que acababa de leer en el periódico: "Llegan del Sol menos neutrinos de lo esperado". "¿Podemos hacer algo?", le preguntó el presidente. Press tranquilizó a Carter explicándole que era simplemente que la teoría del Big Bang, propuesta para explicar la aparición del universo, predecía la emisión por el Sol de una partícula elemental llamada neutrino en cantidades mucho mayores que las que se habían observado aquí en la Tierra. No obstante, después de que terminó de hablar con el presidente, se le acercaron a Press los consejeros políticos y le dijeron: "¿Otra crisis?". Si no crisis política, el problema de los neutrinos solares sí es todavía un enigma para la física de partículas elementales. Una posible solución 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 transformación no encaja fácilmente con el llamado modelo estándar, que hasta ahora ha explicado con éxito tres de las cuatro fuerzas básicas de la naturaleza, hasta las distancias subnucleares más pequeñas a las que han accedido los aceleradores de partículas. ¿Qué ocurre a distancias mucho menores, cuando esas tres fuerzas se hacen comparables? Y, más aún, ¿es posible unificar en una gran teoría esas fuerzas con la cuarta, la de la gravedad? Éstas son las grandes preguntas sobre la física de lo más pequeño que se discutieron en Atlanta, y cuya respuesta exigirá la construcción de aceleradores muchas veces más potentes que los actuales.

A la escala de lo más grande las incógnitas son igualmente profundas. Observaciones astronómicas recientes sugieren, como admitía Stephen Hawking en su conferencia del miércoles pasado, que la velocidad de expansión del universo está aumentando en lugar de disminuir, en contra de lo que predice la teoría del Big Bang. Esta aceleración podría explicarse mediante la existencia de una constante cosmológica, sugerida por primera vez por Einstein y luego descartada por él mismo como su mayor error, pero requeriría una modificación de la teoría de la relatividad, con enormes implicaciones para nuestro conocimiento de las partículas elementales y del futuro del universo.

Ordenadores más rápidos

Entre ambos límites, los desafíos de la física no son menores. Uno de los más debatidos en el congreso de Atlanta ha sido el que plantea la imparable demanda de ordenadores cada vez más rápidos, alimentada, irónicamente, por el éxito de la tecnología microelectrónica. La miniaturización de los circuitos permite procesar información a velocidades hasta hace poco impensables y almacenarla en espacios cada vez menores. Pero, ¿hasta cuándo se puede seguir disminuyendo el tamaño de los transistores sin afectar a su funcionamiento? ¿Qué hacer cuando hacia el año 2015 se alcance esa barrera?Las respuestas que se proponen son atrevidas, pero están aún lejos de ser realidad. Algunas se basan en nuevos materiales, como puntos cuánticos de semiconductores o nanotubos de carbón, o en la manipulación de átomos individuales. Y hay quienes hablan incluso de materiales biomoleculares, como las proteínas de las hojas de espinaca, para fabricar dispositivos electrónicos. Pero posiblemente la más intrigante de todas las propuestas es la del ordenador cuántico, en el que las operaciones matemáticas se realizarían usando las curiosas (y todavía no bien entendidas) propiedades de la mecánica cuántica. El desafío en este caso es cómo construir tal ordenador. ¿De qué clase de dispositivos estaría hecho? Tampoco aquí faltan las respuestas ingeniosas, desde las que proponen usar haces de luz polarizada hasta las que sugieren emplear átomos enfriados a temperaturas próximas al cero absoluto.

Preguntas, preguntas, cuya contestación, como el futuro, es imposible anticipar. Pero si, como decía Winston Churchill, cuanto más atrás miremos en el pasado mejor podremos atisbar el futuro, no cabe duda de que la Sociedad Americana de Física, con esta reunión histórica de Atlanta, nos ha mostrado lo que cabe esperar de la física en los próximos 20 años.

Emilio Méndez es catedrático de Física de la Universidad del Estado de Nueva York en Stony Brook, premio Príncipe de Asturias de Investigación Científica 1998 y miembro de honor de la Sociedad Americana de Física.