‘La materia oscura nos llevará más allá del modelo estándar’, explica teórico

John Ellis, el físico que busca nuevas leyes que rijan el Universo

John Ellis durante su charla en la Universidad Nacional.
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Las leyes del modelo estándar lo rigen todo. Son el conjunto de herramientas que explican el funcionamiento del Universo de la manera más completa que se ha podido conseguir hasta el momento. Los nombres de los científicos que ayudaron en la construcción de este conocimiento son innumerables, y, aunque la mayoría de ellos ya han muerto, su legado se lee en los libros de física obligados para quienes quieren seguir sus pasos. Y entre estos nombres, entre los de los físicos teóricos eminentes que aún siguen vivos, sobresale el de John Ellis.

Originario de Hampstead, un pequeño pueblo en las afueras de Londres (Inglaterra), Ellis cuenta que su interés por la ciencia surgió cuando, a la edad de 12 años, iba a la biblioteca municipal a pasar el tiempo leyendo. Las mejores obras de ficción estaban reservadas para los mayores de 14 y los libros para niños no le llamaban la atención; las obras dirigidas a un público adulto le resultaban incomprensibles. Entonces, su único escape eran los textos de ciencias e historia.

Centró su interés en la ciencia fundamental, la física, la astrofísica y la cosmología. Y desde ese momento supo que la física sería su carrera. Se doctoró en física de partículas en la Universidad de Cambridge y pasó un año en el Cern, el laboratorio de partículas más importante del mundo, en Ginebra (Suiza), y luego otros dos en Estados Unidos llevando a cabo investigación posdoctoral. En 1973 regresó al Cern, que desde entonces se convirtió en su principal hogar científico, hasta 2011, cuando se tuvo que jubilar, para convertirse en profesor de física en el King’s College, de Londres.

Durante sus casi 40 años en el Cern, Ellis se dedicó a entender el modelo estándar y a buscar posibles caminos hacia una física más allá de los límites de dicho modelo. La materia oscura y la supersimetría son dos de sus áreas de investigación predilectas.

Entre sus estudios más eminentes destaca el experimento que planteó para comprobar la existencia del gluon, una de las partículas fundamentales que componen el modelo estándar y se asocia a las interacciones en el núcleo atómico. Tres años después de este estudio, siguiendo las ideas de Ellis, la existencia del gluon fue confirmada.

Su segundo trabajo más importante fue el primer estudio sobre el bosón de Higgs, en el cual también proponen las bases para la confirmación experimental de la que ha sido llamada la partícula de Dios, tras su descubrimiento en el 2012.

Ellis, de 71 años, estuvo recientemente en Colombia. Visitó la Universidad Nacional como parte de la colaboración que este centro académico tiene, desde hace más de diez años, con el Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés), del Cern, para la investigación sobre física de partículas y materia oscura.

¿Qué científicos lo inspiraron durante su carrera?

Cuando estaba haciendo mi doctorado me inspiró un teórico norteamericano que se llama Murray Gell-Mann. Durante los años 50 y 60 del siglo pasado, él era, tal vez, el más influyente de los físicos teóricos. También me inspiraron los tres teóricos que postularon el modelo estándar que describe toda la materia visible en el Universo, ellos son Abdus Salam, de Pakistán, y los norteamericanos Steven Weinberg y Sheldon Glashow. A Salam lo admiro porque, pese a que nació en un país no tan desarrollado, logró convertirse en un físico muy importante y ganó el premio Nobel. El profesor Weinberg fue una inspiración por sus contribuciones en física y por la claridad de sus pensamientos.

¿Cómo explica la materia y de dónde surgió?

La materia es lo que se puede tocar, mover, pesar. Conocemos muy bien la materia visible: las moléculas, los átomos, alrededor de cuyo núcleo circulan electrones, como los planetas alrededor del Sol. Pero, además, hay lo que los astrónomos llaman la materia invisible o materia oscura. No se puede ver porque no emite luz, pero sabemos que existe porque genera una fuerza gravitacional que se manifiesta en que las estrellas circulan alrededor de la galaxia bastante rápido. La única interacción capaz de frenarlas es la fuerza gravitacional, pero la materia visible no genera una atracción suficiente para hacerlo. Pues los astrónomos nos dicen que, muy seguramente, además de la materia visible, hay mucha más materia invisible que genera esa atracción para mantener junta a la galaxia.

Aquí entra la teoría de la supersimetría que usted plantea. ¿En qué consiste?

Es una explicación teórica, sin ninguna evidencia experimental, según la cual todas las partículas conocidas tendrían compañeras desconocidas con las mismas propiedades internas, como la carga eléctrica, pero con masas más grandes y con un espín diferente, es decir, un momento angular. Algo así como bailarinas de ballet que hacen piruetas, unas más rápido que otras. El fotón, por ejemplo, hace piruetas dos veces más rápido que el electrón. La idea de la supersimetría es establecer una conexión entre las partículas que tienen espines diferentes. De hecho, inicialmente se pensaba que se podía conectar al electrón directamente con el fotón, pero esto parece bastante difícil. Ahora, la supersimetría plantea que el compañero del fotón, en cambio, sería una partícula más pesada que no hemos encontrado y que experimentos como el Cern están empeñados en encontrar.

Usted ha dicho que el Cern es el mayor microscopio, y también el mayor telescopio. ¿A qué se refiere?

Con el LHC podemos ver cosas que los astrónomos no pueden ver, como las interacciones entre los constituyentes fundamentales del Universo, cuando este era muy joven, de solo un segundo de edad. Los astrónomos no pueden ver esto porque, al inicio, el Universo estaba lleno de un plasma impenetrable, pero nosotros podemos estudiar qué había ahí. El otro aspecto es que con la física de partículas podemos estudiar y comprobar la existencia de los constituyentes de la materia oscura.

¿Qué cree que le hace falta al modelo estándar?

De dónde viene la materia es una gran pregunta. Es algo que no tiene una explicación, y nosotros pensamos que hay mucha física más allá de dicho modelo. Una motivación para completar nuestras teorías es tener una explicación sobre el origen del Universo y otra es la materia oscura, para la cual el modelo estándar aún no es preciso.

Pero, en alguna ocasión usted dijo que en física a veces es mejor no confirmar las predicciones, refiriéndose al descubrimiento del bosón de Higgs.

Cuando los experimentos confirman las predicciones teóricas es muy bueno para los teóricos, pero no nos da una idea de qué camino seguir para encontrar física más allá del modelo estándar. Tal vez, haber descubierto una partícula que no corresponde directamente al bosón de Higgs nos habría dado una indicación más clara sobre la dirección para superar esa frontera.

Hay científicos que creen que este año se puede encontrar la materia oscura...

Quién sabe. Actualmente hay tres clases de experimentos que buscan la materia oscura: uno de ellos se realiza en el LHC y pretende producir partículas supersimétricas con colisiones de muy altas energías. Otra posibilidad es buscar directamente la difusión de partículas de materia oscura con la materia normal, con experimentos en cavernas subterráneas que buscan que las partículas de materia oscura atraviesen la tierra, en países como Canadá, Italia y Estados Unidos. Y la tercera clase de experimentos los hacen los astrofísicos, que buscan en el cielo evidencias de las aniquilaciones de pares y partículas de materia oscura. Esas aniquilaciones pueden producir neutrinos, fotones, neutrones o positrones, y las estamos buscando. Hay avances en los tres métodos y, efectivamente, hay la posibilidad de que este año descubramos la materia oscura, pero no hay garantía.

Estamos entrando en una nueva era de la física, la de los multimensajeros. ¿Cómo ve el futuro de esta nueva revolución, que para muchos científicos es similar a la que inició el telescopio de Galileo?

Es muy interesante para los astrónomos, porque pueden observar eventos en el Universo que nunca habían estudiado antes, como la fusión de dos estrellas de neutrones o de dos agujeros negros. Es muy interesante, pero la cuestión para nosotros los físicos es si hay la posibilidad de descubrir nuevas leyes en física fundamental con estas observaciones. En este momento no hemos descubierto algo nuevo. Hemos confirmado predicciones de la teoría gravitacional de Einstein, las ondas gravitacionales y sus propiedades, pero todavía no hemos logrado ver más allá del modelo estándar con estos modelos astronómicos.

¿Cuáles serán las consecuencias de encontrar la materia oscura?

Se abriría el camino de la física más allá del modelo estándar. Habría que estudiar esta materia oscura en detalle para ver si son partículas supersimétricas u otra cosa.



NICOLÁS BUSTAMANTE HERNÁNDEZ* Y SANTIAGO VARGAS DOMÍNGUEZ**

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