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← Cómo exploramos las preguntas sin respuesta en física | James Beacham | TEDxBerlin

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Showing Revision 16 created 01/31/2017 by Sebastian Betti.

  1. Hay algo en la física
  2. que me he estado preguntando
    desde que era niño.
  3. Y tiene que ver con una pregunta
  4. que los científicos llevan haciéndose
    durante casi 100 años
  5. sin encontrar respuesta.
  6. ¿Cómo es que las cosas
    más diminutas en la naturaleza,
  7. las partículas del mundo cuántico,
  8. coinciden con las cosas más grandes
    que existen,
  9. los planetas, las estrellas
    y las galaxias unidas por la gravedad?
  10. De niño, pensaba en cuestiones como estas.
  11. Y jugaba con microscopios e imanes,
  12. leía acerca de las fuerzas
    de lo "pequeño"
  13. y sobre la mecánica cuántica
  14. y me maravillaba lo bien
    que la descripción
  15. encajaba con lo que observaba.
  16. Entonces observaba las estrellas,
  17. y leía sobre las certezas
    que tenemos de la gravedad,
  18. y pensaba que debía haber
    alguna manera elegante
  19. en la que ambos sistemas encajaran.
  20. Pero no la hay.
  21. Y los libros decían:
  22. sí, entendemos mucho sobre estos
    mundos por separado,
  23. pero cuando tratamos de unirlos
    con las matemáticas,
  24. todo se viene abajo.
  25. Y por 100 años,
  26. ninguna de las ideas para resolver
    este fracaso de la física,
  27. ha podido ser respaldado por pruebas.
  28. Y ante mis ojos de pequeño,
  29. pequeño, curioso y escéptico James,
  30. esto era una respuesta
    completamente insatisfactoria.
  31. Aún sigo siendo un niño
    pequeño y escéptico.
  32. Vayamos rápidamente a diciembre de 2015,
  33. cuando estaba abrumado en medio
  34. del mundo de la física
    volteado de cabeza.
  35. Todo empezó cuando vimos en el CERN
    algo intrigante en nuestros datos:
  36. la pista de una nueva partícula,
  37. un indicio de una posible respuesta
    extraordinaria a esta pregunta.
  38. Creo que sigo siendo
    un pequeño escéptico,
  39. pero también soy
    un cazador de partículas.
  40. Soy físico en el Gran Colisionador
    de Hadrones del CERN,
  41. el experimento científico
    más grande de la historia.
  42. Es un túnel de 27 km en el límite
    de la frontera entre Francia y Suiza
  43. enterrados 100 metros bajo tierra.
  44. Y en este túnel,
  45. usamos imanes superconductores
    más fríos que el espacio exterior
  46. para acelerar protones
    a casi la velocidad de la luz
  47. y chocarlos entre ellos
    millones de veces por segundo,
  48. recolectando los restos
    de estas colisiones
  49. para encontrar partículas fundamentales
    nuevas y desconocidas.
  50. Su diseño y construcción
    tomó décadas de trabajo
  51. por miles de físicos
    alrededor del mundo,
  52. y en el verano del 2015,
  53. hemos estado trabajando sin descanso
    para encender el colisionador
  54. a muchísima energía que hayamos usado
    en un experimento del colisionador.
  55. Ahora, muchísima energía es importante
  56. porque para las partículas,
    existe una equivalencia
  57. entre la energía y
    la masa de las partículas,
  58. y la masa es solo un número
    puesto allí por la naturaleza.
  59. Para descubrir nuevas partículas,
  60. necesitamos alcanzar grandes números.
  61. Por eso, tenemos que construir
    un gran colisionador de alta energía,
  62. y el más grande colisionador
    de altísima energía en el mundo
  63. es el Gran Colisionador de Hadrones.
  64. Entonces, colisionamos protones
    miles de billones de veces,
  65. y recolectamos estos datos muy lentamente,
    durante varios meses.
  66. Nuevas partículas podrían aparecer
    en nuestros datos como baches,
  67. leves desviaciones de lo que esperan,
  68. pequeños grupos de puntos de datos
    que generan una suave línea no tan lisa.
  69. Por ejemplo, este bulto,
  70. después de meses
    de tomar datos en 2012,
  71. nos llevó a descubrir
    la partícula de Higgs,
  72. el bosón de Higgs,
  73. y un premio Nobel por la
    confirmación de su existencia.
  74. Este salto en energía en 2015
  75. representó la mejor oportunidad
    que tuvimos como especie
  76. de descubrir nuevas partículas,
  77. nuevas respuestas a
    estas preguntas de siempre,
  78. porque era casi el doble
    de la energía que usamos
  79. cuando descubrimos el bosón de Higgs.
  80. Muchos de mis colegas han trabajado
    toda su vida para este momento,
  81. y francamente,
    para el pequeño curioso James,
  82. este fue el momento
    que estuve esperando toda mi vida.
  83. El 2015 fue el inicio.
  84. En junio del 2015,
  85. el colisionador se puso en servicio.
  86. Mis colegas y yo contuvimos el aliento
    y nos mordimos las uñas,
  87. y por fin, vimos
    la primera colisión de protones
  88. a la más alta energía jamás vista.
  89. Aplausos, champaña, celebración.
  90. Era un hito para la ciencia,
  91. y no teníamos idea de que encontraríamos
    esta nueva información.
  92. Y pocas semanas después,
    encontramos un bulto.
  93. No era muy grande,
  94. pero era lo suficiente para
    hacerles levantar las cejas.
  95. Pero en la escala del 1 al 10
    de levantar las cejas,
  96. si 10 era el descubrimiento
    de una nueva partícula,
  97. esto era un nivel de 4.
  98. (Risas)
  99. Pasé horas, días, semanas
    en reuniones secretas,
  100. discutiendo con mis colegas
    sobre este pequeño bulto,
  101. examinándolo arduamente
    desde todos los ángulos,
  102. para ver si soportaría el escrutinio.
  103. Pero después de meses
    de trabajar vehementemente,
  104. durmiendo en nuestras oficinas
    sin ir a casa,
  105. barras de dulce para la cena,
  106. café por montones,
  107. los físicos somos máquinas
    de convertir café en diagramas.
  108. (Risas)
  109. Este pequeño bulto no desaparecería.
  110. Tras algunos meses,
  111. presentamos nuestro bultito al mundo
    con un mensaje muy claro:
  112. este bultito es interesante
    pero no es definitivo,
  113. así que lo monitorearemos de cerca
    para tomar más datos.
  114. Tratábamos de estar relajados al respecto.
  115. Y el mundo se lo tomó a pecho.
  116. A las noticias le encantó.
  117. La gente dijo que eso
    le recordaba al bultito
  118. que fue mostrado cuando se descubrió
    el bosón de Higgs.
  119. Mejor que eso,
    mis colegas teóricos,
  120. me encantan mi colegas teóricos,
  121. mis colegas teóricos escribieron
    500 investigaciones sobre ese bultito.
  122. (Risas)
  123. El mundo de la física de partículas
    estuvo volteado de cabeza.
  124. Pero ¿qué tenía este bultito
    en particular
  125. que hizo que miles de físicos
    perdieran colectivamente la calma?
  126. Este bultito fue único.
  127. Este bultito indicaba
  128. que estábamos viendo un gran
    número inesperado de colisiones
  129. cuyos residuos consistían
    en solo dos fotones,
  130. dos partículas de luz.
  131. Eso es raro.
  132. Las colisiones de partículas
    no son como choques de autos.
  133. Tienen diferentes reglas.
  134. Cuando dos partículas colisionan
    a la velocidad de la luz,
  135. el mundo cuántico toma el control.
  136. Y en el mundo cuántico,
  137. estas dos partículas pueden crear
    brevemente una nueva partícula
  138. que vive por una fracción de segundo
  139. antes de dividirse en otras partículas
    que golpean nuestro detector.
  140. Imaginen un choque de autos donde
    éstos se desvanecen tras impactar,
  141. y una bicicleta aparece en su lugar.
  142. (Risas)
  143. Y luego la bicicleta explota
    en dos monopatines,
  144. que golpean nuestro detector.
  145. (Risas)
  146. Con suerte, no literalmente.
  147. Son muy caros.
  148. Los eventos donde solo 2 fotones
    golpean el detector son muy raros.
  149. Debido a las propiedades cuánticas
    especiales de los fotones,
  150. hay un número muy reducido
    de posibles nuevas partículas,
  151. estas míticas bicicletas,
  152. que puedan dar a luz a solo 2 fotones.
  153. Pero una de esas opciones es grande,
  154. y tiene que ver con la pregunta de siempre
  155. que me ocupaba de niño,
  156. sobre la gravedad.
  157. La gravedad les puede parecer
    muy fuerte,
  158. pero en realidad es muy débil comparada
    con otras fuerzas de la naturaleza.
  159. Puedo por poco tiempo vencer
    a la gravedad cuando salto
  160. pero no puedo tomar
    un protón de mi mano.
  161. ¿La fuerza de la gravedad comparada
    a otras fuerzas de la naturaleza?
  162. Es 10 elevado a la menos 39.
  163. Es un decimal con 39 ceros
    después de él.
  164. Peor que eso,
  165. todas las otras fuerzas de la naturaleza
    son perfectamente descritas
  166. por aquello que llamamos
    el modelo estándar,
  167. nuestra mejor descripción actual de
    la naturaleza en muy pequeñas escalas,
  168. y francamente,
  169. uno de los más exitosos logros
    de la humanidad,
  170. excepto por la gravedad, que
    está ausente del modelo estándar.
  171. Es loco.
  172. Es casi como la mayor parte de
    la gravedad hubiera desaparecido.
  173. Sentimos un poco de ello,
  174. pero ¿dónde está el resto?
  175. Nadie lo sabe.
  176. Pero una explicación teórica
    propone una solución salvaje,
  177. Uds. y yo,
  178. incluso Uds. allá atrás,
  179. vivimos en tres dimensiones espaciales,
  180. espero que sea una declaración
    no controversial.
  181. (Risas)
  182. Todas las partículas conocidas también
    viven en las tres dimensiones espaciales.
  183. De hecho, una partícula
    es solo otro nombre
  184. para una excitación en
    un campo tridimensional;
  185. un temblor localizado en el espacio.
  186. Mucho más importante, las matemáticas
    que usamos para describir estas cosas
  187. suponen que hay solo
    tres dimensiones espaciales.
  188. Pero las matemáticas son matemáticas,
    podemos jugar con ellas como queramos.
  189. Y la gente ha estado jugando
    con dimensiones espaciales extra
  190. por mucho tiempo,
  191. pero siempre ha sido
    un concepto matemático abstracto.
  192. Miren a su alrededor,
  193. claramente hay solo
    tres dimensiones espaciales.
  194. Pero, ¿qué pasa si no es verdad?
  195. ¿Qué pasa si la gravedad pérdida
    se filtra en una dimensión extraespacial
  196. invisible para Uds. y para mí?
  197. ¿Qué pasa si es tan fuerte
    como las otras fuerzas
  198. si se le viera en
    su dimensión extraespacial,
  199. y lo que experimentamos
    es una porción de la gravedad
  200. que la hace ver muy débil?
  201. Si esto fuese cierto,
  202. tendríamos que expandir
    nuestro modelo estándar de partículas
  203. para incluir una partícula extra,
    la partícula hiperdimensional de gravedad,
  204. un gravitón especial que vive
    en dimensiones extra espaciales.
  205. Veo las miradas en sus caras.
  206. Me estarán haciendo esta pregunta,
  207. "¿Cómo podremos probar en el mundo
    esta loca idea de ciencia ficción
  208. atrapados como estamos
    en tres dimensiones?"
  209. La manera que siempre lo hacemos,
  210. haciendo chocar dos protones.
  211. (Risas)
  212. Tan fuerte que la colisión resuene
  213. en otra dimensión extraespacial
    que podría estar allí,
  214. momentáneamente creando
    este gravitón hiperdimensional
  215. que luego se regrese de golpe en
    las 3 dimensiones del colisionador
  216. y devuelva 2 fotones,
  217. 2 partículas de luz.
  218. Este gravitón extradimensional
    hipotético
  219. es una de las únicas posibles
    nuevas partículas hipotéticas
  220. que tiene propiedades cuánticas especiales
  221. que pueden dar a luz a
    nuestro bultito de 2 fotones.
  222. La posibilidad de explicar
    los misterios de la gravedad
  223. y de descubrir las dimensiones
    extraespaciales...
  224. tal vez ahora entiendan
  225. por qué miles de frikis de la física
    perdieron colectivamente la calma
  226. ante el bultito de 2 fotones.
  227. Un descubrimiento de este tipo
    reescribiría los libros.
  228. Pero recuerden,
  229. el mensaje como experimentadores
  230. que hacían este trabajo en el momento,
  231. fue muy claro:
  232. necesitamos más datos.
  233. Con más datos,
  234. este bultito se podrá convertir
    en un lindo premio Nobel,
  235. (Risas)
  236. o en datos extras que llenarán
    el espacio alrededor del bulto
  237. y lo convertirán en un suave línea.
  238. Así que tomamos más datos,
  239. y con cinco veces más datos,
    muchos meses después,
  240. nuestro bultito
  241. se convirtió en una suave línea.
  242. Las noticias informaron "gran decepción"
    de "esperanzas marchitas",
  243. y de "la tristeza de los
    físicos de partículas".
  244. Así como suenan las noticias,
  245. Uds. pensarán que decidimos apagar
    el colisionador e irnos a casa.
  246. (Risas)
  247. Pero no fue lo que hicimos.
  248. ¿Pero por qué no?
  249. Es decir, si no he descubierto
    una partícula, y no lo hice,
  250. si no he descubierto una partícula,
    ¿por qué estoy aquí hablando con Uds.?
  251. ¿Por qué no se me cae la cara de vergüenza
  252. y vuelvo a casa?
  253. Los físicos de partículas
    somos exploradores.
  254. Y mucho de lo que hacemos es cartografiar.
  255. Les explico: olvídense del colisionador
    por un segundo.
  256. Imaginen que son exploradores espaciales
    que llegan a un planeta distante
  257. en busca de extraterrestres,
  258. ¿cuál es su primera tarea?
  259. Inmediatamente orbitarían el planeta,
    descenderían y mirarían alrededor
  260. en busca de signos evidentes de vida,
  261. e informarían a la base.
  262. Esta es la etapa en donde estamos.
  263. Le dimos un primer vistazo al colisionador
  264. para ver cualquier partícula nueva,
    grande y evidente,
  265. y hemos informado que no hay nada.
  266. Vimos una sombra que parecía
    un extraterrestre en una montaña lejana,
  267. pero al acercarnos,
    vimos que era una roca.
  268. Pero luego, ¿qué hacemos?
    ¿Nos rendimos y nos vamos?
  269. Absolutamente no,
  270. seríamos terribles científicos
    si hiciéramos eso.
  271. No, pasaremos el siguiente
    par de décadas explorando,
  272. cartografiando el territorio,
  273. tamizando la arena
    con un instrumento fino,
  274. buscando debajo de cada roca,
  275. perforando bajo la superficie.
  276. Nuevas partículas pueden o no
    mostrarse inmediatamente
  277. como grandes bultos muy evidentes,
  278. o pueden únicamente revelarse
    tras años de tomar datos.
  279. La humanidad ha empezado su exploración
    en el colisionador a una altísima energía,
  280. y tenemos mucha búsqueda por hacer.
  281. Pero, ¿qué pasa si, tras 10 o 20 años,
    no encontrásemos nuevas partículas?
  282. Construiremos una máquina más grande.
  283. (Risas)
  284. Buscaremos a mucho más energía.
  285. Buscaremos a mucho más energía.
  286. Ya se está planificando
    un túnel de 100 km
  287. que colisionará partículas
    con 10 veces la energía del colisionador.
  288. No decidimos dónde la naturaleza
    pone las nuevas partículas.
  289. Solo decidimos seguir explorando.
  290. Pero, ¿qué pasa si después
    del túnel de 100 km
  291. o uno de 500 km
  292. o un colisionador de 10 000 km
    flotando en el espacio
  293. entre la Tierra y la luna,
  294. aún no encontramos nuevas partículas?
  295. Entonces, quizás estamos explorando
    mal la física de partículas.
  296. (Risas)
  297. Quizás necesitemos repensar las cosas.
  298. Quizás necesitemos más recursos,
    tecnología, experiencia
  299. que la que tenemos ahora.
  300. Ya usamos técnicas de aprendizaje
    automático y de inteligencia artificial
  301. en partes del colisionador,
  302. pero imaginen diseñar experimentos
    en física de partículas
  303. que usa algoritmos sofisticados
  304. que podrían autoaprender a descubrir
    un gravitón hiperdimensional.
  305. ¿Pero y si...?
  306. Allí va la pregunta final:
  307. ¿Qué pasa si la inteligencia artificial
    no puede responder nuestras preguntas?
  308. ¿Y si estas preguntas
    durante siglos no resueltas,
  309. no tuvieran respuestas
    en un futuro inmediato?
  310. ¿Y si las cosas que
    me molestaban desde niño
  311. están destinadas a no tener respuestas
    en el transcurso de mi vida?
  312. Entonces...
  313. será incluso más fascinante.
  314. Nos veremos obligados a pensar
    en formas completamente nuevas.
  315. Tenemos que volver
    a nuestras suposiciones
  316. y determinar si había una falla
    en algún lugar.
  317. Necesitamos animar a más gente
    a unirse a nosotros a estudiar ciencia
  318. ya que necesitamos una mirada nueva
    sobre estos problemas centenarios.
  319. No tengo las respuestas,
    aún las sigo buscando.
  320. Pero alguien, quizás ella
    esté en la escuela ahora,
  321. quizás ella aún no ha nacido,
  322. pueda guiarnos a ver la física
    de otra manera diferente,
  323. y señalarnos que quizás estábamos
    haciendo las preguntas equivocadas
  324. Lo cual no sería el fin de la física,
  325. sino un nuevo comienzo.
  326. Gracias.
  327. (Aplausos)