Bitácora de la ciencia y el medio ambiente

Acabo de leer, en el lector de libros electrónicos que me trajeron los reyes, el libro, excelente, de Alberto González Fairén, Astrobiología (para saber más datos, el ISBN, etc… se vende en formato digital en El Corte Inglés). Para comentar un poco de qué va, este libro repasa el estado actual de la Astrobiología, que es la ciencia dedicada a estudiar la vida fuera de la Tierra: las posibilidades de que exista, los planetas que podrían albergarla, etc…

Tras volver a recomendaros que leáis el libro si os interesa el tema, ya que está muy bien escrito y te da un punto de partida excelente para ampliar información, os voy a poner aquí, y a comentar brevemente, tres vínculos a páginas web, recogidas en este libro, donde se puede encontrar información sobre los distintos planetas extrasolares que se han ido encontrando desde que se descubrió el primero, en 1995. Son las mismas direcciones que vienen en el libro, salvo una, que ha cambiado de dominio.

Exoplanet data explorer. Es una página muy técnica. En esencia, contiene una interfaz para descargar datos de la base de datos de órbitas de planetas extrasolares (Exoplanet Orbit Database), que contiene datos orbitales obtenidos por espectroscopía de los diferentes planetas identificados hasta el momento. Como toda iniciativa por Internet, está sometida a actualizaciones. En inglés

PlanetQuest. Exoplanet Exploration. Se trata de una página bastante más divulgativa que la precedente, centrada en hablar de las diferentes misiones espaciales que estudian o han estudiado los exoplanetas (Kepler, CoRoT, EpoCh…), otras que hay en proyecto y, por supuesto, incluye un atlas de exoplanetas. Pertenece al Jet Propulsion Laboratory y está en inglés.

Enciclopedia de los planetas extrasolares. Es una de las webs más conocidas sobre este tema. Lista todos los planetas extrasolares identificados hasta la fecha. La última actualización es el 18 de enero de 2010 y se listan 484 mundos, clasificados según el método de detección. Está en ocho idiomas, español incluido.

Ya tenéis información para visitar nuevos mundos….

Como ya he contado en otro sitio, el jueves cinco de noviembre asistí a un acto que tuvo lugar en una localidad vecina a la mía, a la que acudía la responsable del Ministerio de Ciencia e Innovación, Cristina Garmendia. La ministra había venido a presidir la VII reunión del Club Málaga Valley, y a visitar el Parque Tecnológico de Andalucía. El acto tuvo lugar por la tarde, después de la asistencia de la dirigente a ambas instituciones. En teoría, se trataba de un “café-coloquio”, algo que parecía bastante interesante; no todos los días se puede participar en un debate abierto con un alto cargo…

Desgraciadamente, no saqué muchas cosas en claro en la reunión. Empezaré a describirla. El acto tuvo lugar en el CIO de Mijas (Centro Andaluz de Formación Integral de las Industrias del Ocio). La ministra llegó unos 45 minutos tarde, cosa que no era de extrañar porque venía de varios actos más, y siempre hay retrasos que se van acumulando. Después, el café coloquio no fue tal. Hubo café, y dulces, pero no coloquio. La ministra dio un discurso político, lo que es bastante normal, en el que tuve la sensación de que regía un país que no era España, lo que ya no me pareció tan lógico.

Decía que España era ya una potencia científica mundial. Se trataba del noveno país en producción científica y su nivel científico ya había alcanzado a su nivel económico. El único problema era, ahora, la investigación privada, ya que la pública era equivalente a la de países avanzados de nuestro entorno. Lamentablemente, si eso es así, ¿por qué la mayoría de las personas que conozco dedicadas a la ciencia tienen la sensación de que la investigación en nuestro país no tiene futuro? ¿Por qué hay tantos y tantos “estudiantes” de postdoc rifándose becas y contratos, sin la esperanza la mayoría de un futuro profesional salvo que emigren? Bien… la cosa funciona así. España es el noveno país del mundo en número de artículos publicados en revistas especializadas, pero, más importante que el número, en lo que respecta a compararnos con otros países, es lo que se denomina índice de impacto de las publicaciones, o sea, el número de veces que una publicación es citada en otros trabajos (aproximadamente). El índice de impacto de las publicaciones españolas es mucho más bajo que la media de otros países de nivel científico similar. Además, el índice de patentes producidas por la ciencia española es anormalmente bajo lo que, en muchos casos (en otros no) indica que no se hacen estudios del todo relevantes. Hay investigaciones de mucha calidad que no pueden dar lugar a patentes, pero hay otras en que conseguir una patente es, por así decirlo, haber subido un peldaño en el escalafón, haber realizado una investigación de mayor profundidad y calidad. Así que no estoy de acuerdo; nuestro nivel científico sigue siendo muy bajo en comparación a la potencia económica del país. Se hace mucha investigación, pero siempre a remolque de otros países, y no porque no haya buenos científicos aquí, sino porque tienen que preocuparse de cosas como de conseguir otro contrato antes de que les venza el actual, de encajar rechazos y denegaciones de becas y plazas… Muchos se van, y no vuelven.

Lo segundo que dijo es que la inversión en innovación no disminuía, sino que aumentaba. Nuevamente es cierto, pero con matices. Hay dos tipos de inversión en innovación: a fondo perdido y por préstamos. Para hacernos una idea, si el año pasado había 80 a fondo perdido y 20 para préstamos, este año hay 60 a fondo perdido y 60 para préstamos. Claro, la inversión es de 120 frente a 100, pero para la mayoría de la ciencia básica, donde los científicos no pueden devolver un préstamo porque un laboratorio de investigación básica no genera ingresos, no vale. Para cierto tipo de empresas sí, con lo que, en la práctica, a la ciencia básica se la está castigando aún más.

El problema está en que el tejido empresarial español no puede asumir un aumento del coste de la I+D+i, por razones que explicaré en otra entrada…

En el foro principal del Portal de Ciencia y Medio Ambiente, he abierto un foro de debate acerca de si el Gran Colisionador de Hadrones, del que ya hemos hablado anteriormente, es excesivamente caro o no.

Según la wikipedia, el Gran Colisionador de Hadrones ha arrojado los siguientes costes: Presupuesto aproximado de construcción del Gran Colisionador de Hadrones: 2.350 millones de euros (391.007 millones de pesetas). Eso es más que el PIB de unos 44 pequeños países. Presupuesto anual: unos 660 millones de euros. Y todo esto para una investigación que, hoy en día, no tiene ninguna aplicación práctica, sino que iría destinada a estudiar la validez de las teorías físicas más complejas que existen hoy en día.

El debate, por tanto, está servido. Podéis dejar vuestra opinión en el foro, preferentemente, si bien, si no queréis registraros por cualquier motivo, dado que soy el mismo quien administra esta bitácora y el foro, me reservo el derecho de incluir las aportaciones más interesantes en los comentarios de esta entrada en el foro, poniendo un vínculo a esta entrada en el foro, y sin dar más datos del autor que el apodo que coloque en su comentario.

A través de la lista de correos de la Real Sociedad Española de Física, he tenido constancia de las IV Jornadas Jovellanos de Divulgación Científica, a celebrar del 10 al 14 de noviembre, a las 19:30, en Gijón (Asturias).

Esta edición se titula Las Energías del siglo XXI, y me parece un acto muy interesante, al que no podré acudir por motivos geográficos. Las ponencias previstas tienen los siguientes títulos:

• Energía Termosolar de Alta y Media Temperatura.
• Energía Nuclear y Medio Ambiente: Pasado, Presente y ¿Futuro.
• El Agua es energía y la energía es agua
• Biomasa y combustibles.
• Arquitectura bioclimática y frío solar: el proyecto arfrisol.

Todas las charlas se dan a razón de una al día a las 19:30 en el Centro de Cultura Antiguo Instituto Jovellanos, 21, en Gijón. Las imparten doctores en ciencias físicas y me parecen temas dignos de destacarse en este proyecto.

Se puede descargar el folleto completo en la página del ayuntamiento de Gijón.

Intercalándolo entre la parte medioambiental de la bitácora, voy a dedicar una serie de entradas al Gran Colisionador de Hadrones, para que, cuando arranque esta primavera, todos sepamos un poco mejor qué se va a investigar ahí. Voy a remontarme al principio…

Para empezar, valga la redundancia, desde el principio de todo lo que ha llevado a construir algo como el Gran Colisionador de Hadrones, tendremos que remontarnos a la física del siglo XIX, a la física antes de que la mecánica cuántica apareciera en escena coincidiendo con el inicio del siglo XX.

La parte de la física del XIX que nos interesa más a la hora de comprender los experimentos del LHC es la mecánica de Newton y su formulación teórica más avanzada, la mecánica analítica (artículo en wikipedia). Como es bien sabido, a finales del siglo XVII, Newton formuló las leyes de la mecánica clásica, que es la parte de la física más cotidiana, la que mejor se explica en la educación secundaria. La mecánica clásica es la que se utiliza para calcular velocidades, aceleraciones y explica multitud de fenómenos cotidianos. Es un modelo que funciona muy bien para las velocidades y situaciones de la vida cotidiana y, por ejemplo, es la que se utiliza para calcular las trayectorias de los satélites y cohetes espaciales, ya que, por ejemplo, el error en horas de llegada cometido al no usar la mecánica relativista, que es la más “correcta”, es de pocos segundos para viajes dentro del Sistema Solar.

La mecánica analítica sigue tres conceptos esenciales de la mecánica clásica: el principio de mínima acción (no podemos pararnos aquí, o este artículo irá más allá de una introducción… podemos considerar este principio como un análogo del principio de mínima energía), la existencia de un tiempo absoluto y que la posición de un cuerpo y su velocidad pueden determinarse a la vez con toda precisión (la mecánica cuántica no obedece este principio, lo que contribuye a hacerla tan extraña, pero me estoy adelantando).

La mecánica clásica tiene varias formulaciones, que, a un nivel elemental, podemos identificar como formas de trabajar y hacer cálculos. La primera es la mecánica Newtoniana, que es la que aprendemos en el bachillerato y la secundaria. La segunda, sería la formulación analítica, que es la que nos ocupa. La tercera sería un enfoque general, bastante complejo en lo que a matemáticas se describe y muy abstracto.

Dentro de la mecánica analítica, existen dos procedimientos, o si queremos formulaciones alternativas. La primera es la formulación lagrangiana, que, operativamente, se basa en construir la lagrangiana del sistema (básicamente, energía cinética menos energía potencial escritas en un sistema de coordenadas adecuado) y calcular las ecuaciones del movimiento haciéndole diversas operaciones a la misma. La segunda es la hamiltoniana, que, a nivel operativo, consiste en calcular la hamiltoniana del sistema estudiado (que está relacionada con la lagrangiana y, de hecho, es esta misma función tras haber realizado determinadas transformaciones matemáticas y tras definir coordenadas y momentos generalizados), definir coordenadas y momentos generalizados y resolver las ecuaciones que se obtienen manipulando de cierta manera la hamiltoniana. Cada formulación tiene sus ventajas e inconvenientes: la primera se ha matematizado de forma más completa, y la segunda permite realizar cambios de coordenadas con más facilidad y da lugar a unas ecuaciones más simples de resolver.

Pues bien. A finales del siglo XIX, este era el estado aproximado de la mecánica, con la excepción de que las formulaciones que estaban desarrolladas eran la lagrangiana y la hamiltoniana (la más general se completó después). Ambas formulaciones tienen que ver en mecánica cuántica, que es el punto de arranque a lo que se cuece en el Gran Colisionador de Hadrones.

Pero eso, para otro día.

Ayer, 10 de septiembre de 2008, se produjo la primera prueba completa de funcionamiento del Gran Colisionador de Hadrones o Large Hadron Collider. Se han inyectado partículas en el sistema y se ha intentado que den vueltas completas al acelerador. Oficialmente, se prevé su presentación y, posiblemente, el inicio de la actividad investigadora en serio para el día 21 de octubre de 2008.

Este aparato viene acompañado de cierta polémica. Hay algunos científicos que opinan que la puesta en marcha de este aparato podría destruir la Tierra. Concretamente, se cree que podría crear agujeros negros microscópicos que acabarían absorbiendo todo el planeta. Esto tiene parte de razón, pero es bastante improbable que se produzca el fin del mundo. Se cree que a las altísimas energías que maneja el acelerador (que, a fin de cuentas, es de lo que se trata el Gran Colisionador de Hadrones), se podrían producir agujeros negros microscópicos. El caso es que, también, se cree que serían inestables y durarían fracciones de segundo.

Algo parecido se dijo de las bombas atómicas de Hiroshima y Nagasaki. Varios científicos temían que las explosiones nucleares produjeran una reacción en cadena en la atmósfera que acabase con la tierra. Por suerte, no pasó nada, y ocurrirá lo mismo en este caso.

Sin embargo, de lo que quiero hablar en esta entrada es del significado y la importancia de este dispositivo, el mayor acelerador de partículas construido hasta la fecha. La teoría que describe la física de partículas aceptada hasta el momento se denomina el Modelo estándar. En este modelo, las partículas que se suponían fundamentales, como protones, electrones o neutrones, no son tales, sino éstas estan compuestas de otras, que sí serían las fundamentales.

Basados en argumentos relacionados con simetrías, el modelo estándar define dos tipos de partículas diferentes: las partículas materiales y las que portan interacciones. Las materiales son fermiones (partículas cuyo espín es semientero) y son las que conforman la materia. Son un total de doce: tres leptones y sus correspondientes neutrinos, y seis quarks. Uno de los leptones más conocidos es el electrón. En la época en que se formuló la teoría, no se tenía evidencia experimental de los quarks charm y top. Uno de los grandes éxitos del modelo estándar fue que predecía la existencia y características de estas dos partículas antes de ser observadas.

Las partículas que acarrean interacciones son bosones (partículas de espín entero), y hay distintos tipos en función de la interacción que portan. Es conocido el hecho de que en la naturaleza existen cuatro interacciones fundamentales: electromagnética, nuclear débil, nuclear fuerte y gravedad. Cada interacción tiene asociadas una clase de bosones. Así, el fotón es el portador del electromagnetismo, la interacción nuclear débil tiene asociados tres bosones, y existen ocho tipos de gluones, que son los que portan la nuclear fuerte, aquella que hace que existan, por ejemplo, los protones y neutrones y, por tanto, el mundo que conocemos.

Por cierto, un hadrón es una partícula no fundamental que es capaz de experimentar la interacción nuclear fuerte. Un hadrón está compuesto de quarks y antiquarks y de gluones, y son hadrones, por ejemplo, protones y neutrones.

Falta por observar, únicamente, la partícula portadora asociada a la gravitación, el esquivo Bosón de Higgs. Y aquí radica la gran importancia del Gran Colisionador de Hadrones. Se estima que las energías a las que permitirá acceder este aparato serán suficientes para observar el bosón de Higgs, lo que dejaría completo el modelo estándar…

Aún habrá que esperar varios años, porque hay que medir, analizar resultados… pero comienza una etapa apasionante para la física. Espero que las cosas se calmen y los científicos del CERN dejen de recibir amenazas de muerte si conectan el Gran Colisionador de Hadrones.