Hay algo acerca de la física
que realmente me molesta desde que era un niño pequeño.
Y está relacionado con una pregunta
que los científicos se han hecho durante casi 100 años,
sin respuesta.
¿Cómo hacer que las cosas más pequeñas en la naturaleza,
las partículas del mundo cuántico,
estén a la altura de las cosas más grandes de la naturaleza,
los planetas, las estrellas y las galaxias unidas por la gravedad?
De niño, me gustaba romperme la cabeza con preguntas como esta.
Me gustaba ver con microscopios y electroimanes,
y me gustaba leer sobre las fuerzas pequeñas
y la mecánica cuántica
y me maravillaba de lo bien que la descripción casaba
con nuestra observación.
Entonces miraba las estrellas,
y leía sobre lo bien que entendemos la gravedad,
y creo que, sin duda, debe haber alguna manera elegante
en que estos dos sistemas coincidan.
Pero no hay.
Y los libros decían,
entendemos mucho de estos dos reinos por separado,
pero al intentar vincularlos matemáticamente,
todo se rompe.
Y desde hace 100 años,
ninguna de nuestras ideas sobre cómo resolver este desastre, desde la física,
jamás ha sido refrendada por la evidencia.
Y para el viejito de mí,
pequeño, curioso y escéptico James,
esta era una respuesta sumamente insatisfactoria.
Por lo tanto, sigo siendo un niño escéptico.
Y saltando ahora a diciembre de 2015,
es cuando me encontré justo en el medio
del mundo de la física dándome vueltas en la cabeza.
Todo comenzó cuando en el CERN vimos algo intrigante en nuestros datos:
un indicio de una nueva partícula,
indicio de una respuesta extraordinaria posiblemente a esta pregunta.
Así que sigo siendo un niño escéptico, creo,
pero también soy ahora cazador de partículas.
Soy físico del Gran Colisionador de Hadrones del CERN,
el experimento científico más grande jamás montado.
Es un túnel de 27 km en la frontera de Francia y Suiza
enterrado a 100 m bajo tierra.
Y en este túnel
usamos imanes superconductores más fríos que el espacio exterior
para acelerar protones a casi la velocidad de la luz
haciéndolos chocar entre sí millones de veces por segundo,
recogiendo los restos de estas colisiones
a la búsqueda de nuevas partículas fundamentales, sin descubrir.
Su diseño y construcción significaron décadas de trabajo
de miles de físicos de todo el mundo,
y en el verano de 2015,
trabajamos sin descanso para encender el LHC
con el mayor índice de intensidad energética
que los humanos hayamos usado jamás en un experimento colisionador.
El aumento de energía es importante
porque para las partículas, existe una equivalencia
entre la energía y la masa de la partícula,
y la masa es solo un número puesto allí por la naturaleza.
Para descubrir nuevas partículas,
tenemos que llegar a estos números más grandes.
Y para hacerlo, hay que construir
un colisionador más grande de energía más alta,
y el más grande y más alto colisionador de energía en el mundo
es el Gran Colisionador de Hadrones.
Y luego, colisionamos protones miles de billones de veces,
y recogemos estos datos lentamente durante meses y meses.
Y nuevas partículas podrían aparecer en nuestros datos como protuberancias,
leves desviaciones respecto a lo que se espera,
grupitos de datos que forman una línea suave, no tan suave.
Por ejemplo, esta protuberancia,
después de meses tomando datos en 2012,
nos condujo al descubrimiento de la partícula de Higgs,
el bosón de Higgs,
y un Premio Nobel por la confirmación de su existencia.
Este salto en la energía en 2015
representó la mejor oportunidad que como especie habíamos tenido jamás
de descubrir nuevas partículas.
Nuevas respuestas a estas preguntas antiguas,
porque era casi el doble de energía que usamos
cuando descubrimos el bosón de Higgs.
Muchos de mis colegas habían trabajado toda su carrera para este momento
y, francamente, para el pequeño curioso
este fue el momento que había estado esperando toda mi vida.
Así que el 2015 ya es tiempo pasado.
En junio de 2015,
el colisionador se volvió a encender.
Mis colegas y yo contuvimos la respiración y nos mordimos las uñas
y, finalmente, vimos las primeras colisiones de protones
con la energía más alta de la historia.
Aplausos, champán, celebración.
Este fue un hito para la ciencia,
y no teníamos ni idea de lo que encontraríamos con esta información nueva.
Y luego un par de semanas más tarde, nos encontramos con una protuberancia.
No era una protuberancia muy grande,
pero lo bastante grande como para hacer alzarnos las cejas.
Pero en una escala de 1 a 10 de alzamiento de ceja,
si el 10 indica que has descubierto una nueva partícula,
ese alzamiento de ceja era de 4.
(Risas)
He pasado horas, días, semanas en reuniones secretas,
discutiendo con mis colegas sobre esta pequeña protuberancia,
auscultando y pinchando con nuestros palos experimentales más implacables
para ver si se podría resistir el escrutinio.
Pero incluso después de meses de trabajar febrilmente,
durmiendo en las oficinas y no yendo a casa,
a base de barras de caramelo para la cena,
café a cubos...
Los físicos son máquinas para transformar café en diagramas.
(Risas)
Esta pequeña protuberancia no desaparecía.
Así que después de unos meses,
presentamos nuestra protuberancia al mundo con un mensaje muy claro:
esta pequeña protuberancia es interesante, pero no definitiva,
por eso la mantendremos en observación mientras tomamos más datos.
Así que intentábamos ser extremadamente prudentes con esto.
Y el mundo se hizo con la noticia de todos modos.
La noticia encantó.
La gente decía que les recordaba a la pequeña protuberancia
que se mostró en el trascurso del descubrimiento del bosón de Higgs.
Mejor que eso, mis colegas teóricos,
me encantan mis colegas teóricos,
mis colegas teóricos escribieron unos 500 artículos sobre esta protuberancia.
(Risas)
El mundo de la física de partículas había sido puesto patas arriba.
Pero ¿qué tenía esta protuberancia en particular
que hizo que miles de físicos perdieran colectivamente la calma?
Esta protuberancia era única.
Esta pequeña protuberancia indicaba
que estábamos viendo un inesperado gran número de colisiones
cuyos restos consistía en solo dos fotones,
dos partículas de luz.
Y eso es raro.
Las colisiones de partículas no son como las colisiones de automóviles.
Tienen reglas diferentes.
Cuando dos partículas colisionan a casi la velocidad de la luz,
el mundo cuántico toma el control.
Y en el mundo cuántico,
estas dos partículas pueden crear brevemente una nueva partícula
que vive una pequeña fracción de segundo
antes de separarse en otras partículas que colisionan nuestro detector.
Imaginen un accidente de auto, donde dos autos se desvanecen en el impacto,
y una bicicleta aparece en su lugar.
(Risas)
Y después la bicicleta explota en dos monopatines,
que afecta nuestro detector.
(Risas)
Con suerte, no literalmente.
Son muy caros.
Eventos en los que solo dos fotones golpean el detector son muy raros.
Y debido a las propiedades cuánticas de los fotones especiales,
hay un número muy pequeño de posibles nuevas partículas,
esas míticas bicicletas...
pueden dar a luz a solo dos fotones.
Pero una de estas opciones es enorme,
y tiene que ver con el tema antiguo
que me ocupaba de niño,
sobre la gravedad.
La gravedad puede parecer muy fuerte para uno,
pero en realidad es muy débil comparada con otras fuerzas de la naturaleza.
Puedo vencer brevemente la gravedad cuando salto,
pero no puedo recoger un protón de mi mano.
La fuerza de la gravedad en comparación con las otras fuerzas de la naturaleza
es de 10 a la menos 39.
Eso es un número decimal con 39 ceros detrás.
Peor que eso,
todas las otras fuerzas conocidas de la naturaleza están perfectamente descritas
por eso lo llamamos modelo estándar,
nuestra mejor descripción actual de la naturaleza en sus escalas más pequeñas
y, francamente,
uno de los logros más exitosos de la humanidad,
a excepción de la gravedad, que está ausente en el modelo estándar.
Es una locura.
Es casi como si la mayor parte de la gravedad hubiese desaparecido.
Sentimos un poco de ella,
pero ¿dónde está el resto?
Nadie sabe.
Pero una explicación teórica propone una solución salvaje.
Uds. y yo...
incluso en la parte posterior,
vivimos en tres dimensiones del espacio.
Espero que sea una afirmación no controvertida.
(Risas)
Todas las partículas conocidas también viven en tres dimensiones del espacio.
De hecho, una partícula es solo otro nombre
para una excitación en un campo tridimensional;
un bamboleo localizado en el espacio.
Más importante aún, las matemáticas usadas para describir toda esta materia
suponen que solo hay tres dimensiones del espacio.
Pero las matemáticas son las matemáticas, y podemos jugar con ellas como queramos.
Y la gente ha jugado con las dimensiones extra del espacio
un largo tiempo,
pero siempre ha sido un concepto matemático abstracto.
Es decir, mirando alrededor, no solo atrás, sino alrededor,
claramente hay solo tres dimensiones del espacio.
Pero ¿y si eso no es verdad?
¿Qué pasa si la gravedad que falta se filtra en una dimensión extraespacial
invisible para Uds. y para mí?
¿Qué pasa si la gravedad fuera tan fuerte como las otras fuerzas
si Uds. pudieran verla en esta dimensión extraespacial,
y lo que Uds. y yo experimentamos es una pequeña porción de la gravedad
que la hace parecer muy débil?
Si esto fuera cierto,
deberíamos ampliar el modelo estándar de partículas
para incluir una partícula adicional, una partícula hiperdimensional de la gravedad,
un gravitón especial que vive en las dimensiones extraespaciales.
Veo las miradas en sus caras.
Debería hacerme yo la pregunta:
"¿Cómo vamos a probar esta loca idea de ciencia ficción,
atrapados como estamos en tres dimensiones?"
Como siempre lo hacemos,
colisionando dos protones
(Risas)
con tanta fuerza que la colisión reverbera
en cualquier dimensión extraespacial que podría estar allí,
creando momentáneamente este gravitón hiperdimensional
que luego regresa a las tres dimensiones del colisionador
y escupe dos fotones,
dos partículas de luz.
Y este hipotético gravitón extradimensional
es una de las únicas posibles nuevas partículas hipotéticas,
que tiene las propiedades especiales cuánticas
que podría generar nuestra pequeña protuberancia de dos fotones.
Por lo tanto, la posibilidad de explicar los misterios de la gravedad
y de descubrir las dimensiones extraespaciales...
tal vez ahora se dan una idea
de por qué miles de frikis de la física perdieron colectivamente la calma
ante la pequeña protuberancia de dos fotones.
Un descubrimiento de este tipo sería reescribir los libros de texto.
Pero recuerden,
nuestro mensaje como experimentadores
que hacían este trabajo en el momento,
fue muy claro:
necesitamos más datos.
Con más datos,
la pequeña protuberancia bien podría convertirse en un premio Nobel en ciernes,
(Risas)
O los datos adicionales deberán rellenar el espacio alrededor de la protuberancia
y convertirla en una línea agradable y suave.
Así que tomamos más datos,
y cinco veces más datos, varios meses después,
nuestra pequeña protuberancia
se había convertido en una línea suave.
La noticia informó una "gran decepción" de "esperanzas marchitas,"
y de "la tristeza de los físicos de partículas".
Teniendo en cuenta el tono de la cobertura,
se podría pensar que habíamos decidido cerrar el colisionador y volver a casa.
(Risas)
Pero eso no es lo que hicimos.
¿Pero por qué no?
Es decir, si no he descubierto una partícula, y no lo hice,
si no he descubierto una partícula, ¿por qué estoy aquí hablando con Uds.?
¿Por qué no se me cae la cara de vergüenza
y vuelvo a casa?
Los físicos de partículas somos exploradores.
Y mucho de lo que hacemos es cartografiar.
Lo pondré de esta manera: olvídense del colisionador por un segundo.
Imaginen que son exploradores espaciales que llegan a un planeta distante,
a la búsqueda de extraterrestres.
¿Cuál es su primera tarea?
Para orbitar de inmediato el planeta, aterrizar, echar un vistazo alrededor
en busca de signos evidentes de la vida,
e informar a la base.
Esa es la etapa que estamos ahora.
Echamos un primer vistazo en el colisionador
buscando partículas nuevas, grandes, obviamente detectables,
y podemos informar que no hay ninguna.
Vimos una protuberancia extraña de aspecto raro en una montaña lejana,
pero al acercarnos, vimos que era una roca.
Pero entonces, ¿qué hacemos? ¿Nos damos por vencidos y nos vamos?
Por supuesto que no.
Seríamos científicos terribles si nos rindiéramos.
No, pasamos las siguientes dos décadas explorando,
cartografiando el territorio,
tamizando la arena con un instrumento fino,
mirando debajo de cada piedra,
perforando la superficie.
Nuevas partículas pueden mostrar ya sea de inmediato
protuberancias grandes, evidentes,
o pueden revelarse tras años de toma de datos.
La humanidad acaba de comenzar su exploración con el colisionador,
en este coloso de alta energía, y tenemos mucho que hacer.
Pero ¿y si, incluso tras 10 o 20 años, seguimos sin encontrar nuevas partículas?
Construimos una máquina más grande.
(Risas)
Buscamos con energías mayores.
Buscamos con altas energías.
Están planeadas para un túnel de 100 km
que colisionará partículas a 10 veces la energía del LHC.
No decidimos donde la naturaleza coloca nuevas partículas.
Solo decidimos seguir explorando.
Pero ¿y si, incluso tras construir un túnel de 100 km
o un túnel de 500 km
o un colisionador de 10 000 km que flote en el espacio
entre la Tierra y la luna,
seguimos sin encontrar nuevas partículas?
Entonces, tal vez estamos explorando mal la física de partículas.
(Risas)
Tal vez tenemos que volver a pensar las cosas.
Tal vez necesitamos más recursos, tecnología, experiencia,
que lo que tenemos actualmente.
Ya usamos técnicas de aprendizaje automático y de inteligencia artificial
en algunas partes del colisionador,
pero imaginen el diseño de un experimento de física de partículas
que usa algoritmos sofisticados
que podrían autoaprender para descubrir un gravitón hiperdimensional.
¿Pero y si...?
¿Qué pasa si, en última instancia,
la inteligencia artificial no nos ayuda a responder nuestras preguntas?
¿Y si estas preguntas durante siglos no resueltas,
no tuvieran respuestas en un futuro inmediato?
¿Y si las cosas que me molestaban desde niño
están destinadas a no tener respuestas en el transcurso de mi vida?
Entonces...
eso será aún más fascinante.
Nos veremos obligados a pensar en formas completamente nuevas.
Tendremos que volver a nuestras suposiciones,
y determinar si hay un defecto en alguna parte.
Y necesitaremos para animar a más gente unirnos en el estudio de la ciencia
ya que necesitamos una mirada nueva sobre estos problemas centenarios.
No tengo las respuestas y aún estoy en busca de ellas.
Pero alguien, tal vez ella está en la escuela en este momento,
tal vez ella ni siquiera ha nacido todavía,
podría finalmente guiarnos para ver la física de forma completamente nueva,
e indicarnos que tal vez estamos haciendo las preguntas equivocadas.
Lo que no sería el fin de la física,
sino el comienzo de una novela.
Gracias.
(Aplausos)