Pero... ¿de qué hablamos cuando hablamos del cuanto?

Parafraseando al genio japonés Haruki Murakami (De qué hablo cuando hablo de correr, Tusquets 2007) para intentar contagiar el efecto que produce su manual para aprender a darse cuenta de lo importante que es plantearse intentar aquello a lo que aún no nos hayamos atrevido, me da por pensar que, si te acomodas en una esquina de cualquier ciudad y le preguntas a un puñado aleatorio de transeúntes qué es la física, seguro que la mayoría responde, con una media sonrisa, que es la media naranja de la química y que la estudiaban en el colegio. Si preguntas por la física de partículas, puede que más de los que esperas te respondan con que les suena mucho pero que no recuerdan exactamente a que se refiere. Si preguntas por la física cuántica, no será extraño -me da a mí la sensación...- que te terminen hablando de meditación, de visualización, de sanación o de la energía del universo. Así están las cosas.

Y a tenor de los resultados de esa hipotética encuesta callejera, que puede que no haya ocurrido pero, visto lo visto sobre la realidad de la divulgación científica y tecnológica, debería haberlo hecho, me pregunto: ¿no estará necesitando la ciencia y la tecnología de un par de buenas y competentes estrategias de #comunicación y #marketing con urgencia?

Por no quedarme con las ganas, me he lanzado a preguntar de modo informal entre mis heterodoxos y eclécticos grupos de amigos, compañeros, conocidos y ocasionales. Y el resultado me ha hecho preguntarme si, de verdad, acerté cuando decidí involucrarme con el mundo de la ciencia y la tecnología desde la perspectiva de la comunicación y la divulgación para terminar encontrándome con que, para la mayoría, la física apenas existe.

Muchos respondieron que la física es una asignatura del currículum de secundaria. Algunos afirmaron desconocer lo que es o lo relaciona con significados no relevantes como la educación física, por ejemplo. Casi ninguno de ellos dijo saber qué es la física de partículas o la física cuántica ni mencionaron a Einstein o a Newton en sus respuestas, aunque si aceptaron haber escuchado alguna vez el término cuántico. Otros lo relacionaron con terapias alternativas, con meditación o incluso con las tecnologías literarias de viaje en el tiempo con las que Ken Follett fantasea en su novela Timeline, un entretenido saco de burradas que vende muy bien pero que aportar, lo que se dice aportar, al conocimiento popular... no aporta nada. Unos pocos reconocían haber escuchado el término bosón aunque se veían incapaces de explicarlo y sólo un puñado de ellos dijo reconocer el nombre de Peter Higgs, aunque sólo después de haber mencionado su condición de reciente premio Nobel. Nadie, absolutamente nadie, relacionó la física de partículas con la mecánica cuántica ni reconoció saber qué es el Modelo Estándar de la física de partículas, ni mucho menos qué es el CERN o cuál es el presupuesto que España aporta cada año a esta instalación.

Bien es cierto que, entre mis amigos, no abundan los perfiles de ciencias. Pero, en cualquier caso, me sirven como termómetro informal de la temperatura social sobre la ciencia y sus aplicaciones. ¿Porque casi nadie considera la física un valor cultural y social, si no ya científico o económico? ¿Acaso es que la física no le interesa a nadie? ¿Es tan difícil de explicar en términos populares? Y, sobre todo: ¿es tan difícil de valorar? ¿Sirve para algo el esfuerzo en investigación y en inversión cuando la sociedad no sólo no la aprecia sino que, prácticamente, ni siquiera es consciente de que forma parte de nuestra realidad más cotidiana? ¿Qué es, en realidad, la física?

El Modelo Estándar en 500 palabras (exactamente)

Una centésima de segundo antes del origen del universo, del Big Bang, el universo era un gazpacho de materia y de radiación a una temperatura de 100.000 millones de grados Kelvin, según explica el Nobel Steven Weinberg en su libro Los tres primeros minutos del Universo. Pocos segundos después, la temperatura descendió hasta los 1.000 millones de grados, o lo que es lo mismo, unas 70 veces la temperatura del Sol, y comenzaron entonces a surgir las partículas elementales que configuran toda la realidad que conocemos y, amalgamándolas, las cuatro interacciones que lo rigen todo. La teoría que describe las relaciones entre las partículas elementales y las interacciones fundamentales son explicadas en el Modelo Estándar de la física de partículas, una teoría desarrollada entre 1970 y 1973 consistente con la mecánica cuántica y con la relatividad especial de Einstein.

Según el Modelo Estándar, las interacciones fundamentales entre esas partículas (12) que aparecieron hace 13.700 millones años son cuatro: la interacción nuclear fuerte, que mantiene unidos protones y neutrones; la interacción nuclear débil, que es responsable de fenómenos naturales como la desintegración radiactiva; la interacción electromagnética, que se da entre las partículas con carga eléctrica; y la interacción gravitatoria, que produce los movimientos a gran escala que se pueden observar en el universo

El esfuerzo de la física moderna está enfocado en conseguir la tan perseguida teoría unificada del todo: una única ecuación que combine de forma consistente las cuatro relaciones para explicar de forma unificada la realidad. Por el momento, sólo se han logrado unificar las interacciones débil y electromagnética (interacción electrodébil).

El Modelo Estándar también implica a la mecánica cuántica, centrada en los átomos, los quarks, los fotones y, en general, en toda la realidad a una escala nanométrica o subatómica; es decir, en ese otro universo diminuto pero inabarcable que sólo aparece cuando conseguimos acercarnos y observar todas esas partículas que no se pueden ver a simple vista y cuyo comportamiento parece ser completamente ajenos a las leyes clásicas de la física por las que se rigen los objetos más grandes. Para el Modelo Estándar, la materia conocida que tiene masa estable está compuesta por partículas que presentan una propiedad intrínseca llamada espín (del inglés spin, giro) cuyo valor es ½ y todas las partículas elementales (es decir, las que se consideran, al menos por el momento, no divisibles en otras más simples) de la materia son fermiones (quarks y leptones). Los fermiones son los ladrillos de la materia e interactúan entre ellos mediante el intercambio de bosones. El bosón de Higgs es la última partícula hipotética del Modelo Estándar que fue anticipada en los años 60 pero descubierta y confirmada en 2012 en el colisionador de partículas del CERN. El gravitrón es otra partícula elemental hipótetica aún no descubierta cuya función sería la de transmitir la interacción gravitatoria. El cuanto, por su parte, es la cantidad mínima de energía que puede ser transmitida en cualquier longitud de onda, la unidad básica de radiación electromagnética.

Bueno, sí, pero... todo esto, ¿para qué vale?

En 1973, el futuro Nobel de Física Frank Wilczek empezó a atisbar que la interacción fuerte entre los quarks, la que se encarga de mantener unidos en el núcleo del átomo a protones y neutrones venciendo la repulsión electromagnética, era menor cuanto más cerca estuvieran entre ellos. Esta interacción sólo es efectiva en distancias muy pequeñas, la de los tamaños microscópicos de los núcleos de los átomos, a diferencia de los efectos de más largo alcance que tienen la interacción electromagnética o la gravitatoria. De hecho, si los quarks se encuentran lo suficientemente próximos, la interacción fuerte es tan débil que, a efectos prácticos, es como si no existiera, lo cual permite que los quarks se comporten como partículas libres del mismo modo a como se comportaban en el momento del Big Bang, cuando todas las cosas se encontraban mucho más cerca y con un nivel de energía mayor. Es decir, el estudio de la física nos permite conocer cómo era el universo primitivo en su momento inicial. La interacción fuerte es tan importante, al ser responsable de proporcionar la mayor parte de la masa a los objetos, que sin ella, sencillamente, todos nosotros y nuestra realidad se descompondría como una nube de polvo.

Lo importante de todo esto es que el Modelo Estándar que explica el mundo microscópico no es una simple teoría científica incomprensible creada por los científicos para entretenerse o para comentar en una tertulia. Además de ayudar a explicar la realidad macroscópica, la del mundo normal en el que nos desenvolvemos, la física subatómica, la cuántica, subyace a la tecnología de nuestro día a día, desde un smartphone hasta la tarjeta de crédito con la que compramos por internet. Según Wilczek, “siempre que se quiera lograr que la materia haga algo, se necesita de la mecánica cuántica”.

Sonia Fernández-Vidal, en su excelente libro Desayuno con partículas, explica que “gran parte de nuestra tecnología, y más de un tercio de nuestra economía, se basa en los productos desarrollados gracias a lo que conocemos de la teoría cuántica”. Por ejemplo, el láser, un desarrollo imposible de no haber sido capaces de manipular la dimensión cuántica. Y, con él, llegaron DVDs, impresoras láser, ratones ópticos, lectores de códigos de barras o las puertas de apertura automática con célula fotoeléctrica.

Sí, sí. Ya. Pero… ¿y el teletransporte?

Las licencias retóricas que se permiten escritores y productores de entretenimiento son un arma de doble filo. Por un lado, permiten popularizar algunos términos que favorecen, aunque con limitaciones, el conocimiento popular de algunos conceptos, si bien de modo muy superficial y, en la mayoría de los casos, en un contexto erróneo que induce a interpretaciones incorrectas. En el contexto de la física, cuando hablamos de teletransporte no nos referimos a un fenómeno macroscópico de dimensión humana como el famoso “¡súbenos, Scotty!” de la serie Star Trek, sino a la teleportación cuántica que se produce en la dimensión microscópica subatómica y que Einstein calificó como una “acción fantasmal a distancia” ente dos fotones.

En el nivel cuántico, dos partículas de un mismo sistema se encuentran enlazadas (del inglés entangled) y presentan una correlación entre sus propiedades físicas observables (sus estados). Lo que le ocurre a una de ellas se replica exactamente en la otra y, cuando la distancia entre ellas aumenta, hasta al menos 144 kilómetros de espacio vacío y sin ninguna conexión física, pueden también comunicarse información sobre su estado entre ellas de forma casi instantánea, a una velocidad 10.000 veces superior a la luz. Es como si un fotón conociera el resultado que ha arrojado la medición de su pareja y se ajustara automáticamente al resultado.

En el mundo macroscópico, el teletransporte es, sencillamente, una utopía. Michio Kaku, en su libro Física de lo imposible, explica que “un ser humano está compuesto de trillones de átomos y, en unas décadas, quizás se consiga teletransportar una célula, un virus o ADN”. Pero faltan aún siglos para poder empezar a pensar en una tecnología capaz de teletransportar a un ser humano o a cualquier objeto. Y todo ello sin ni siquiera entrar en las implicaciones filosóficas y morales que supondrá no sólo semejante atrevimiento sino las famosas paradojas temporales en las que coexisten dos versiones de la misma persona…

La Agencia Espacial china se encuentra inmersa en las pruebas y ajustes del primer experimento de la Historia (con mayúsculas) sobre teleportación cuántica de fotones a una distancia de más de 1.200 kilómetros de distancia entre estaciones terrestres y espaciales con el lanzamiento, en junio de 2016, de un “satélite desarrollado para comprobar si la propiedad cuántica del entrelazamiento se extiende a distancias récord de más de 1.000 kilómetros, emitiendo fotones individuales entrelazados entre el espacio y varias estaciones en la Tierra y poniendo a prueba si es posible el uso de fotones para teletransportar información de forma segura entre nuestro planeta y el espacio”, según informa la CNAS en sus nota de prensa. Y, de momento, éste será el único teletransporte que vamos a ver. Quién quiera conocer al señor Scotty, tendrá que esperar unos cuantos siglos todavía.

En fin, pero algo interesante quedará, ¿no?

Pues sí. Y no solo algo sino mucho. Por ejemplo, la computación cuántica vislumbrada por el físico Richard Feynman, para la que se construyen nuevos ordenadores empleando las extrañas leyes y las fantásticas propiedades de la mecánica cuántica. Los ordenadores comunes basados en la física clásica newtoniana solo pueden operar en formato binario porque su elemento base es el átomo, que sólo puede ofrecer dos estados; positivo o negativo. O, lo que es lo mismo, encendido o está apagado. Uno o cero. Un interruptor clásico. Un bit. Las partículas cuánticas, que son subdivisiones más pequeñas que un átomo, presentan la característica de la superposición. El elemento base de un ordenador cuántico, el bit cuántico o qbit puede valer uno valer cero, pero también… ¡los dos valores a la vez!

La capacidad de almacenamiento de un sistema de qbits crece de modo exponencial en relación con un sistema de bits común. Y esta característica de la superposición, junto con el entrelazamiento y la teleportación de los que hablábamos antes, podrían multiplicar hasta límites aún desconocidos la capacidad de la computación humana. Según la Ley de Moore, cuando los transistores llegaran a reducirse hasta el tamaño de un átomo, no podría continuar creciendo su potencia a la misma velocidad que ocurre hoy (duplicándose cada 18 meses). La física cuántica ya sabe que este límite será sobrepasado. Y los primeros modelos de componentes cuánticos ya existen. Aún en su etapa más temprana, pero existen. En mayo de 2013, la NASA, Google y la USRA (United States Research Association) desvelaron su acuerdo para desarrollar un laboratorio cuántico de inteligencia artificial que empleará un computador de 512 qubits para investigar la inteligencia artificial, entre otras disciplinas.

La capacidad de teletransportar estados entre fotones es la base, por ejemplo, de la criptografía cuántica, cuya tecnología permitirá transmitir información de un modo completamente seguro gracias a la llamada llave cuántica basada en el entrelazamiento de fotones, una contraseña formada por larga secuencia de bits y protegida por el fenómeno observado por Heisenberg y que se conoce como el principio de incertidumbre, según el cual el intento de medir un sistema genera una perturbación e invalida su observación. Un sueño para las industrias de la confidencialidad. Las llaves cuánticas ya están, prácticamente, en el supermercado de la esquina.

Otra tecnología base que multiplicará su potencia gracias a la física cuántica será, como no, la de internet, pero ahora cuántico. Hasta hoy, solo se había podido probar conectando dos localizaciones y realizando envíos entre ellas. El equipo del Laboratorio de Investigación de los Álamos ya ha publicado en el MIT Technology review haber sido capaz de realizar envíos cuánticos entre ordenadores conectados en red. En combinación con la encriptación cuántica, la tecnología computacional promete unas aplicaciones de potencia y dimensión descomunal e impensable hasta hace solo unos pocos años. Y todo ello gracias al desarrollo del conocimiento en el campo de la cuántica.

Frank Wilczek pronostica que “la mecánica cuántica ya ha logrado maravillas: transistores, ordenadores modernos, microelectrónica... todo ello sería inconcebible sin la comprensión fundamental de la materia que nos da la mecánica cuántica [...] el diseño de nuevos tipos de fármacos, nuevas clases de materiales existentes, láseres, detectores de diferentes tipos de luz, dispositivos médicos…”. Aplicaciones médicas en biotecnología como el genoma sintético, los tratamientos hiperprecisos de marcación oncológica, escáneres cerebrales en directo y predictivos también aplicables al neuromarketing, nuevos materiales o hasta la extraordinaria máquina cuántica presentada en 2010, el primer objeto artificial que ya no opera según las leyes de la física clásica sino exclusivamente de la cuántica y que promete, en el volumen de un cabello, romper todos los límites y desafiar toda la historia del pensamiento filosófico y la epistemología de la realidad. Un poder de computación sencillamente colosal.

Y todo ello en una fase primaria de conocimiento solo incipiente. Es sobrecogedor pensar en lo que se puede llegar a conseguir una vez penetrado el conocimiento completo sobre la microdimensión cuántica.

Importante tiene que ser entonces…

Que para el ciudadano ya interesado de serie en la divulgación científica la física sea una disciplina de importancia social parece natural. Lo que ya no lo parece tanto es que, en plena fiebre cuántica desde el descubrimiento del bosón de Higgs en julio de 2012, la cultura del ciudadano común no haya sido capaz de impregnarse del sentido de la maravilla que rodea a la física cuántica y que es la argamasa no sólo de la innovación tecnológica sino también del crecimiento geopolítico del mundo globalizado.

Desde luego, importante tiene que ser la física de partículas y su último gran descubrimiento, el bosón de Higgs, como para que, desde hace cincuenta 50 años, toda una apuesta científica haya sido desarrollada en torno a la suposición de un físico teórico y de la que ni siquiera se había podido obtener una evidencia necesaria a pesar de que sobre ella descansaba teóricamente todo un modelo.

Importante es, sin duda, como para que esa suposición fuera capaz de motivar, todos a una, a veinte países para que se embarcaran en la excavación de un anillo subterráneo de veintisiete kilómetros en el que instalar un ingenio tecnológico que consigue traspasar los límites de la Naturaleza y de su física y al que todos aportan un presupuesto anual cercano a los mil millones de francos suizos. Importante ha de ser, además, como para que 10.000 científicos de cien nacionalidades trabajen en una instalación de semejante magnitud.

Importante es, desde luego, como para que nuestro país aporte un presupuesto anual cercano a los ochenta millones de euros a un centro de conocimiento que se financia exclusivamente con aportaciones públicas y que no vende patentes.

Y también Importante tiene que ser un proyecto de cooperación tecnológica transnacional como éste para que sea gestionado por un cónclave de delegaciones institucionales encabezadas, directamente, por los ministros nacionales de cada país participante y sus especialistas en el ramo de la investigación, la tecnología y, atención aquí, la economía. Importante, e indiscutible, como para que los gabinetes institucionales asuman la responsabilidad de negociar con ese cónclave de naciones el número de científicos de cada bandera que apoyarán sus científicas posaderas en las belgas sillas del kilométrico anillo. O lo que es lo mismo: negociar el porcentaje de peso de cada nación en la institución. O lo que es lo mismo: para que España sea dueña del 8,2% del CERN y de sus resultados.

Importante, finalmente, demuestra ser la física de partículas y su último vástago, el invisible bosón, como para que el gobierno de España pague religiosamente las nóminas de un nutrido grupo de profesionales expertos en tecnología y economía a tiempo completo que promueve, motiva y gestiona, específicamente, la participación activa de empresas españolas (en la actualidad, más de 70) en el desarrollo de las tecnologías y los experimentos que después serán empleados en los proyectos del CERN y que, por supuesto, son retribuidos a partir del presupuesto multinacional de la instalación: una retribución que, cuando supera el 8,2% aportado por nuestro país, se considera un retorno positivo, un beneficio económico. Un ingreso, según la Secretaría de Estado de Investigación, Desarrollo e Innovación. “En estos últimos 15 años, las compañías españolas han obtenido 290 millones de euros en contratos con el CERN […]”

Si una simple y básica micropartícula invisible e inaprensible es capaz de provocar semejante movilización en el mundo durante más de cinco décadas, ¿no será cierto, después de conocer el catálogo de ingenios maravillosos a los que nos abre tantas puertas, que empieza a ser crítico, imprescindible y urgente que alguien se tome en serio la necesidad de desarrollar herramientas de comunicación, cuando no hasta nuevos lenguajes, para conseguir que la ciencia y la tecnología no se limiten a ser accesibles sino que se consiga impregnarlas en el conocimiento colectivo de modo permanente dentro de en una estructura socioeconómica para la que no sólo es necesaria sino también rentable y, por lo tanto, doblemente necesaria?

Para saber más:

• Gribbin, J. (2003) Science, a history. Penguin.
• Ponomarov, L. (1992) Bajo el signo del cuanto. Rubiños 1860.
• Fernández-Vidal, S. y Miralles, F. (2013) Desayuno con partículas. Plaza & Janés Editores.
• Weinberg, S. (2009) Los tres primeros minutos del universo. Alianza Editorial.
• Kaku, M. (2009) Física de lo imposible. Debate.

@NachoAllorente | 06.11.2017