Hay algo en la física
que me he estado preguntando desde que era niño.
Y tiene que ver con una pregunta
que los científicos llevan haciéndose durante casi 100 años
sin encontrar respuesta.
¿Cómo es que las cosas más diminutas en la naturaleza,
las partículas del mundo cuántico,
coinciden con las cosas más grandes que existen,
los planetas, las estrellas y las galaxias unidas por la gravedad?
De niño, pensaba en cuestiones como estas.
Y jugaba con microscopios e imanes,
leía acerca de las fuerzas de lo "pequeño"
y sobre la mecánica cuántica
y me maravillaba lo bien que la descripción
encajaba con lo que observaba.
Entonces observaba las estrellas,
y leía sobre las certezas que tenemos de la gravedad,
y pensaba que debía haber alguna manera elegante
en la que ambos sistemas encajaran.
Pero no la hay.
Y los libros decían:
sí, entendemos mucho sobre estos mundos por separado,
pero cuando tratamos de unirlos con las matemáticas,
todo se viene abajo.
Y por 100 años,
ninguna de las ideas para resolver este fracaso de la física,
ha podido ser respaldado por pruebas.
Y ante mis ojos de pequeño,
pequeño, curioso y escéptico James,
esto era una respuesta completamente insatisfactoria.
Aún sigo siendo un niño pequeño y escéptico.
Vayamos rápidamente a diciembre de 2015,
cuando estaba abrumado en medio
del mundo de la física volteado de cabeza.
Todo empezó cuando vimos en el CERN algo intrigante en nuestros datos:
la pista de una nueva partícula,
un indicio de una posible respuesta extraordinaria a esta pregunta.
Creo que sigo siendo un pequeño escéptico,
pero también soy un cazador de partículas.
Soy físico en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN,
el experimento científico más grande de la historia.
Es un túnel de 27 km en el límite de la frontera entre Francia y Suiza
enterrados 100 metros 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
y chocarlos entre ellos millones de veces por segundo,
recolectando los restos de estas colisiones
para encontrar partículas fundamentales nuevas y desconocidas.
Su diseño y construcción tomó décadas de trabajo
por miles de físicos alrededor del mundo,
y en el verano del 2015,
hemos estado trabajando sin descanso para encender el colisionador
a muchísima energía que hayamos usado en un experimento del colisionador.
Ahora, muchísima energía es importante
porque para las partículas, existe una equivalencia
entre la energía y la masa de las partículas,
y la masa es solo un número puesto allí por la naturaleza.
Para descubrir nuevas partículas,
necesitamos alcanzar grandes números.
Por eso, tenemos que construir un gran colisionador de alta energía,
y el más grande colisionador de altísima energía en el mundo
es el Gran Colisionador de Hadrones.
Entonces, colisionamos protones miles de billones de veces,
y recolectamos estos datos muy lentamente, durante varios meses.
Nuevas partículas podrían aparecer en nuestros datos como baches,
leves desviaciones de lo que esperan,
pequeños grupos de puntos de datos que generan una suave línea no tan lisa.
Por ejemplo, este bulto,
después de meses de tomar datos en 2012,
nos llevó a descubrir la partícula de Higgs,
el bosón de Higgs,
y un premio Nobel por la confirmación de su existencia.
Este salto en energía en 2015
representó la mejor oportunidad que tuvimos como especie
de descubrir nuevas partículas,
nuevas respuestas a estas preguntas de siempre,
porque era casi el doble de la energía que usamos
cuando descubrimos el bosón de Higgs.
Muchos de mis colegas han trabajado toda su vida para este momento,
y francamente, para el pequeño curioso James,
este fue el momento que estuve esperando toda mi vida.
El 2015 fue el inicio.
En junio del 2015,
el colisionador se puso en servicio.
Mis colegas y yo contuvimos el aliento y nos mordimos las uñas,
y por fin, vimos la primera colisión de protones
a la más alta energía jamás vista.
Aplausos, champaña, celebración.
Era un hito para la ciencia,
y no teníamos idea de que encontraríamos esta nueva información.
Y pocas semanas después, encontramos un bulto.
No era muy grande,
pero era lo suficiente para hacerles levantar las cejas.
Pero en la escala del 1 al 10 de levantar las cejas,
si 10 era el descubrimiento de una nueva partícula,
esto era un nivel de 4.
(Risas)
Pasé horas, días, semanas en reuniones secretas,
discutiendo con mis colegas sobre este pequeño bulto,
examinándolo arduamente desde todos los ángulos,
para ver si soportaría el escrutinio.
Pero después de meses de trabajar vehementemente,
durmiendo en nuestras oficinas sin ir a casa,
barras de dulce para la cena,
café por montones,
los físicos somos máquinas de convertir café en diagramas.
(Risas)
Este pequeño bulto no desaparecería.
Tras algunos meses,
presentamos nuestro bultito al mundo con un mensaje muy claro:
este bultito es interesante pero no es definitivo,
así que lo monitorearemos de cerca para tomar más datos.
Tratábamos de estar relajados al respecto.
Y el mundo se lo tomó a pecho.
A las noticias le encantó.
La gente dijo que eso le recordaba al bultito
que fue mostrado cuando se descubrió el bosón de Higgs.
Mejor que eso, mis colegas teóricos,
me encantan mi colegas teóricos,
mis colegas teóricos escribieron 500 investigaciones sobre ese bultito.
(Risas)
El mundo de la física de partículas estuvo volteado de cabeza.
Pero ¿qué tenía este bultito en particular
que hizo que miles de físicos perdieran colectivamente la calma?
Este bultito fue único.
Este bultito indicaba
que estábamos viendo un gran número inesperado de colisiones
cuyos residuos consistían en solo dos fotones,
dos partículas de luz.
Eso es raro.
Las colisiones de partículas no son como choques de autos.
Tienen diferentes reglas.
Cuando dos partículas colisionan a 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 por una fracción de segundo
antes de dividirse en otras partículas que golpean nuestro detector.
Imaginen un choque de autos donde éstos se desvanecen tras impactar,
y una bicicleta aparece en su lugar.
(Risas)
Y luego la bicicleta explota en dos monopatines,
que golpean nuestro detector.
(Risas)
Con suerte, no literalmente.
Son muy caros.
Los eventos donde solo 2 fotones golpean el detector son muy raros.
Debido a las propiedades cuánticas especiales de los fotones,
hay un número muy reducido de posibles nuevas partículas,
estas míticas bicicletas,
que puedan dar a luz a solo 2 fotones.
Pero una de esas opciones es grande,
y tiene que ver con la pregunta de siempre
que me ocupaba de niño,
sobre la gravedad.
La gravedad les puede parecer muy fuerte,
pero en realidad es muy débil comparada con otras fuerzas de la naturaleza.
Puedo por poco tiempo vencer a la gravedad cuando salto
pero no puedo tomar un protón de mi mano.
¿La fuerza de la gravedad comparada a otras fuerzas de la naturaleza?
Es 10 elevado a la menos 39.
Es un decimal con 39 ceros después de él.
Peor que eso,
todas las otras fuerzas de la naturaleza son perfectamente descritas
por aquello que llamamos el modelo estándar,
nuestra mejor descripción actual de la naturaleza en muy pequeñas escalas,
y francamente,
uno de los más exitosos logros de la humanidad,
excepto por la gravedad, que está ausente del modelo estándar.
Es loco.
Es casi como la mayor parte de la gravedad hubiera desaparecido.
Sentimos un poco de ello,
pero ¿dónde está el resto?
Nadie lo sabe.
Pero una explicación teórica propone una solución salvaje,
Uds. y yo,
incluso Uds. allá atrás,
vivimos en tres dimensiones espaciales,
espero que sea una declaración no controversial.
(Risas)
Todas las partículas conocidas también viven en las tres dimensiones espaciales.
De hecho, una partícula es solo otro nombre
para una excitación en un campo tridimensional;
un temblor localizado en el espacio.
Mucho más importante, las matemáticas que usamos para describir estas cosas
suponen que hay solo tres dimensiones espaciales.
Pero las matemáticas son matemáticas, podemos jugar con ellas como queramos.
Y la gente ha estado jugando con dimensiones espaciales extra
por mucho tiempo,
pero siempre ha sido un concepto matemático abstracto.
Miren a su alrededor,
claramente hay solo tres dimensiones espaciales.
Pero, ¿qué pasa si no es verdad?
¿Qué pasa si la gravedad pérdida se filtra en una dimensión extraespacial
invisible para Uds. y para mí?
¿Qué pasa si es tan fuerte como las otras fuerzas
si se le viera en su dimensión extraespacial,
y lo que experimentamos es una porción de la gravedad
que la hace ver muy débil?
Si esto fuese cierto,
tendríamos que expandir nuestro modelo estándar de partículas
para incluir una partícula extra, la partícula hiperdimensional de gravedad,
un gravitón especial que vive en dimensiones extra espaciales.
Veo las miradas en sus caras.
Me estarán haciendo esta pregunta,
"¿Cómo podremos probar en el mundo esta loca idea de ciencia ficción
atrapados como estamos en tres dimensiones?"
La manera que siempre lo hacemos,
haciendo chocar dos protones.
(Risas)
Tan fuerte que la colisión resuene
en otra dimensión extraespacial que podría estar allí,
momentáneamente creando este gravitón hiperdimensional
que luego se regrese de golpe en las 3 dimensiones del colisionador
y devuelva 2 fotones,
2 partículas de luz.
Este gravitón extradimensional hipotético
es una de las únicas posibles nuevas partículas hipotéticas
que tiene propiedades cuánticas especiales
que pueden dar a luz a nuestro bultito de 2 fotones.
La posibilidad de explicar los misterios de la gravedad
y de descubrir las dimensiones extraespaciales...
tal vez ahora entiendan
por qué miles de frikis de la física perdieron colectivamente la calma
ante el bultito de 2 fotones.
Un descubrimiento de este tipo reescribiría los libros.
Pero recuerden,
el mensaje como experimentadores
que hacían este trabajo en el momento,
fue muy claro:
necesitamos más datos.
Con más datos,
este bultito se podrá convertir en un lindo premio Nobel,
(Risas)
o en datos extras que llenarán el espacio alrededor del bulto
y lo convertirán en un suave línea.
Así que tomamos más datos,
y con cinco veces más datos, muchos meses después,
nuestro bultito
se convirtió en una suave línea.
Las noticias informaron "gran decepción" de "esperanzas marchitas",
y de "la tristeza de los físicos de partículas".
Así como suenan las noticias,
Uds. pensarán que decidimos apagar el colisionador e irnos a casa.
(Risas)
Pero no fue 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.
Les explico: olvídense del colisionador por un segundo.
Imaginen que son exploradores espaciales que llegan a un planeta distante
en busca de extraterrestres,
¿cuál es su primera tarea?
Inmediatamente orbitarían el planeta, descenderían y mirarían alrededor
en busca de signos evidentes de vida,
e informarían a la base.
Esta es la etapa en donde estamos.
Le dimos un primer vistazo al colisionador
para ver cualquier partícula nueva, grande y evidente,
y hemos informado que no hay nada.
Vimos una sombra que parecía un extraterrestre en una montaña lejana,
pero al acercarnos, vimos que era una roca.
Pero luego, ¿qué hacemos? ¿Nos rendimos y nos vamos?
Absolutamente no,
seríamos terribles científicos si hiciéramos eso.
No, pasaremos el siguiente par de décadas explorando,
cartografiando el territorio,
tamizando la arena con un instrumento fino,
buscando debajo de cada roca,
perforando bajo la superficie.
Nuevas partículas pueden o no mostrarse inmediatamente
como grandes bultos muy evidentes,
o pueden únicamente revelarse tras años de tomar datos.
La humanidad ha empezado su exploración en el colisionador a una altísima energía,
y tenemos mucha búsqueda por hacer.
Pero, ¿qué pasa si, tras 10 o 20 años, no encontrásemos nuevas partículas?
Construiremos una máquina más grande.
(Risas)
Buscaremos a mucho más energía.
Ya se está planificando un túnel de 100 km
que colisionará partículas con 10 veces la energía del colisionador.
No decidimos dónde la naturaleza pone las nuevas partículas.
Solo decidimos seguir explorando.
Pero, ¿qué pasa si después del túnel de 100 km
o uno de 500 km
o un colisionador de 10 000 km flotando en el espacio
entre la Tierra y la luna,
aún no encontramos nuevas partículas?
Entonces, quizás estamos explorando mal la física de partículas.
(Risas)
Quizás necesitemos repensar las cosas.
Quizás necesitemos más recursos, tecnología, experiencia
que la que tenemos ahora.
Ya usamos técnicas de aprendizaje automático y de inteligencia artificial
en partes del colisionador,
pero imaginen diseñar experimentos en física de partículas
que usa algoritmos sofisticados
que podrían autoaprender a descubrir un gravitón hiperdimensional.
¿Pero y si...?
Allí va la pregunta final:
¿Qué pasa si la inteligencia artificial no puede 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...
será incluso más fascinante.
Nos veremos obligados a pensar en formas completamente nuevas.
Tenemos que volver a nuestras suposiciones
y determinar si había una falla en algún lugar.
Necesitamos animar a más gente a unirse a nosotros a estudiar ciencia
ya que necesitamos una mirada nueva sobre estos problemas centenarios.
No tengo las respuestas, aún las sigo buscando.
Pero alguien, quizás ella esté en la escuela ahora,
quizás ella aún no ha nacido,
pueda guiarnos a ver la física de otra manera diferente,
y señalarnos que quizás estábamos haciendo las preguntas equivocadas
Lo cual no sería el fin de la física,
sino un nuevo comienzo.
Gracias.
(Aplausos)