Que es un neutrino?

Aviso a navegantes. Penetras en aguas turbulentas. No puedo ocultar las altas probabilidades de naufragio sin incurrir en manifiesta negligencia. Avanza solo bajo tu propia responsabilidad. Si consigues llegar al final del trayecto es posible que lo hagas un tanto agitado. Puede que de repente no entiendas nada de lo que creías entender o puede, solo puede, que germine en ti la semilla para entender algunas de las cosas que ahora no entiendes.
Introducción.
Como educadores o divulgadores intentamos dar a conocer nuestro trabajo científico, crear vocaciones científicas, y en general, cultura científica. Nuestro objetivo es hacer entender a público en general, estudiantes o en ocasiones políticos, el alcance y significado de nuestras investigaciones. Y sin embargo, es habitual escuchar frases como “a mí es que esto se me escapa”. En este artículo, utilizo el ejemplo paradigmático de los neutrinos, como excusa para tratar un tema fundamental y que es común en general a cualquier rama o disciplina que queramos explicar o divulgar. Queremos explicar Ciencia, pero pocas veces consideramos desde una perspectiva científica el propio proceso de divulgar o explicar. Aquí quiero reflexionar sobre el significado del propio concepto de ‘entender’. Creo que las conclusiones pueden resultar interesantes para educadores y divulgadores, y ayudar a los profanos a ‘desentender’ muchas de las nociones clásicas que les impiden ‘entender’ el mundo subatómico. El programa detrás de esta idea es amplio y desgraciadamente no puede tratarse en la extensión de este artículo con el detalle que merece. En particular, tratar temas tan sutiles requiere de numerosos ejemplos que en este artículo han debido omitirse. Se dejan también a un lado nociones sumamente interesantes que atañen al propio concepto de Realidad y tocan incluso al propio quehacer científico. Espero no obstante que a través de este artículo pueda crearse el interés adecuado para poder seguir profundizando en estas ideas a través de otros foros. Hoy más que nunca el desarrollo de la Ciencia depende de su aceptación social y ésta pasa por interesar a la sociedad en la investigación básica. La dificultad para captar intuitivamente muchas nociones científicas supone un obstáculo que en muchas ocasiones, mina ese interés. Como científicos tenemos la responsabilidad de poner todas las medidas a nuestro alcance para poner remedio a este problema. Y eso pasa por afrontar desde un punto de vista científico el propio proceso de divulgar y entender.
Que es un neutrino.
Mucha gente se acerca al mundo de la Ciencia básica con verdadera ilusión e interés, pero no pasa mucho tiempo antes de que les invada un sentimiento de frustración porque no consiguen entender los conceptos que solemos manejar los científicos. Y no es sólo una cuestión de lenguaje. Aunque uno puede imaginar más o menos qué es una bacteria o un virus, nuestras mentes parecen bloquearse cuando intentan visualizar algo aparentemente mucho más simple como es una partícula elemental. Incluso como estudiantes de carreras científicas, nos enfrentamos muchas veces a esa misma frustración a la hora de profundizar de manera más rigurosa en los entresijos de la Ciencia. Existe de hecho la idea de que entender no es más que en última instancia ‘acostumbrarse’ a algo y hay parte de razón en ello, sin embargo, todos hemos experimentado ese momento mágico en que se nos ‘enciende la bombilla’ y entendemos algo con claridad. ¿Por qué no entendemos todo de esa misma manera? Es precisamente esa falta de ‘epifanía’ lo que frustra al público en general (y a muchos estudiantes de carrera) en su acercamiento a la Ciencia. Mucha gente, no obstante, encuentra suficiente estímulo como para seguir intentando absorber las maravillas que esconde el Universo. Para otros el obstáculo es suficientemente desalentador como para abandonar esa vocación. Quizá incluso en algunos casos, esa dificultad para ‘entender’, y por tanto disfrutar, es lo que alimenta el interés por otro tipo de disciplinas que solemos englobar bajo el nombre de ‘pseudociencias’. Como científicos y como divulgadores, este es un tema del máximo interés. La idea que quiero exponer en este artículo es que para llegar a ‘entender’ el mundo físico, primero debemos reflexionar sobre el propio concepto de ‘entender’. Una aproximación neurocientífica a este asunto nos va a dar una perspectiva interesante. No espero que de repente todos los conceptos científicos resulten cristalinamente claros, pero sí creo que es el punto de partida adecuado para que el profano se acerque al mundo de la Ciencia sin sucumbir a esa frustración apenas mencionada. Y para los científicos, espero que ofrezca un punto de vista útil desde el que afrontar la divulgación de nuestro trabajo. No va a resultar fácil. Por lo pronto, el primer paso para ‘entender’ es ‘desentender’ y eso siempre exige valor. ¿Será por eso que se suele hablar de la ‘aventura’ del saber?
Aunque los detalles de cómo funciona el cerebro a nivel fundamental en muchos aspectos son todavía desconocidos, hoy sabemos que los procesos cognitivos (y en realidad todo lo que ‘experimentamos’) son el resultado de la acción de algún grupo de neuronas. ¿Cómo se traduce eso en el proceso de ‘entender’? Una hipótesis razonable es que el cerebro intenta reconstruir aquello que ‘observa’ a partir de aquello que ya conoce. Si no lo consigue, el resultado es esa desagradable sensación de ‘duda’, de ‘no entender’ y creo que ha sido clave en la evolución como humanos el hecho de que cuando experimentamos esa sensación, intentamos seguir ‘dándole al coco’. Eventualmente, el cerebro consigue ‘llegar’ al hecho observado a partir de sus conocimientos previos y en ese instante ¡Eureka! Se enciende la bombilla. No es descabellado pensar que existe un grupo de neuronas que se activa en ese instante, y además se estimulan otras zonas del cerebro cuya manifestación interpretamos como placer. Para quienes les guste la informática, podríamos describir este proceso como un bucle en que el cerebro ‘simula’ realidades a partir de ciertos datos y premisas que tiene almacenados y compara el resultado con el fenómeno que queremos entender. Ese bucle continua hasta que lo simulado coincide con lo observado (o hasta que nos cansamos :)).
Puede quizá resultar rebuscado en una primera lectura, pero es una idea muy sencilla que sin embargo, encierra algunos puntos tremendamente potentes.
En primer lugar, ‘entender’ es ‘descubrir’. Sólo cuando somos nosotros mismos quienes llegamos al resultado que queremos entender se enciende la bombilla. Y esto es importante a la hora de explicar cualquier cosa. Sólo podemos aspirar a ‘guiar’ en el proceso de descubrimiento de la otra persona. Y para ello, debemos conocer cuales son los datos y premisas con los que parte su cerebro. Eso es algo que educadores y divulgadores olvidamos muchas veces, y es que nuestro punto de partida (tras años de estudio) no es el mismo que el de la persona a la que queremos explicar algo!
Otro aspecto importante es el hecho de que si ‘entender‘ está asociado a la activación de un determinado grupo de neuronas, cabe preguntarse qué ocurre si esas mismas neuronas se activan por un proceso diferente a lo que podríamos llamar razonamiento, o por un razonamiento que podría considerarse incorrecto. Voy a dejar este punto para la reflexión por falta de espacio, pero las consecuencias son de lo más interesantes.
[Añado que es ahí donde debemos buscar el motivo de que a veces estemos convencidos de cosas que no son ciertas y de que nos cueste tanto a veces cambiar de opinión.]
Sigamos con otro punto clave. Implícito en todo lo dicho está el hecho de que el cerebro hace uso de su conocimiento previo. Datos y reglas lógicas de las que echamos mano en nuestro proceso de razonamiento. ¿Cómo adquirimos ese conocimiento? ¿Cómo llegamos de niños a entender todo lo que como adultos damos por hecho? De hecho, el proceso de aprendizaje de un niño es algo fascinante. Los niños son posiblemente las personas que hacen las preguntas más inteligentes, precisamente porque tienen todavía todo por aprender. De niños aprendemos a nombrar las cosas asociando (aprendemos también muchas cosas por imitación, en lo cual juegan un papel muy importante las neuronas espejo). En poco tiempo pasamos de no saber ‘nada’ a poder nombrar un montón de cosas, incluso no tangibles y construir frases. Es posible que parte de nuestra capacidad de razonamiento sea innata, simplemente reconocer patrones y repetirlos (es un momento único el día que tu hija dice por primera vez ‘rompido’; una criatura de 2 o 3 años ¡está infiriendo!). Pero centrémonos en los objetos. Si os preguntara ahora si entendéis lo que es una manzana, os reiríais de mí. Todo el mundo ‘sabe’ y ‘entiende’ lo que es una manzana. ¿Qué tienen en común las cosas que percibimos y entendemos como obvias? Todas ellas son captadas por nuestros sentidos y podemos dotarlas de una cierta persistencia tanto en el espacio como en el tiempo. En realidad, lo que nombramos no son objetos de la Realidad, sino las impresiones que estos objetos imprimen en nuestro cerebro a través de nuestros sentidos. Eso es algo que puede resultar obvio, pero que tendemos a pasar por alto. Hemos creado términos como ‘color’, ‘forma’, ‘textura’, ‘sabor’, etc. porque esas son las propiedades del mundo que percibimos con nuestros sentidos. Y los objetos del mundo físico se ‘definen’ precisamente por ciertos valores de esas propiedades. De niños aprendemos a asociar un nombre con cada uno de esos objetos y al aprender a nombrar creamos la ilusión de entender aquello que nombramos. Es importante reflexionar sobre este punto, porque es fundamental para empezar a entender el mundo subatómico. Es ahí donde se requiere un esfuerzo, y valor para reconocer que muchas cosas que creíamos obvias en realidad no las entendemos tan bien como creíamos. Es fácil a partir de ahí entender que si hubiésemos desarrollado otros sentidos, no sólo nuestro vocabulario, sino también el tipo de objetos que describiríamos (y creeríamos entender) serían muy diferentes. Con ojos de visión térmica descubriríamos nuevas propiedades en los objetos, incluso objetos que no vemos normalmente o no llegamos a sentir, lo mismo si tuviésemos ojos de rayos X u oídos ultrasensibles. Imaginad también que nuestras neuronas y sentidos en lugar de reaccionar en milésimas de segundo, lo hiciesen en nanosegundos, o en meses. Los fenómenos y objetos que percibiríamos a través de esos ‘sentidos’ serian de nuevo totalmente diferentes, y, por tanto, las cosas que nombraríamos, y creeríamos entender, es decir, nuestra visión de la Realidad, también.
[Aquí me gustaría hacer una nueva invitación a la reflexión sobre un punto que, lamentablemente, quedara también para una próxima entrega. Si todo aquello que nombramos son en el fondo impresiones de la Realidad sobre nuestro cerebro, significa que todo nuestro razonamiento se hace sobre esas impresiones y construimos una ‘realidad’ que es en el fondo subjetiva. De esa forma, aunque existe una Realidad ahí fuera, existen 7 mil millones de ‘realidades’. ¿Cómo es posible entonces hacer siquiera Ciencia? Daré solo un par de argumentos básicos. Por un lado, nuestros cerebros aun siendo distintos, tienen todos básicamente la misma funcionalidad y por tanto emerge de la inmensidad de subjetividades, una cierta posibilidad de objetividad (eso es lo que hace que podamos entendernos unos a otros, pero también donde hay que buscar los motivos de que muchas veces seamos incapaces de hacerlo!). Por otro lado, esa ‘realidad’ objetiva (la visión colectiva de la Realidad), podría ser diferente a la Realidad si el proceso de impresión en nuestros cerebros fuese de alguna forma ‘defectuoso’. Pero en tal caso, muy probablemente, nuestro cerebro no hubiese servido para sobrevivir! Es este simple argumento evolutivo el que nos permite identificar ‘realidad’ con Realidad, hasta el punto de que generalmente las consideramos indistinguibles. Aquí me hubiera gustado también añadir una reflexión sobre la objetividad de las matemáticas y la Ciencia en general, pero no soy capaz de resumirlo suficientemente, quedara para otra vez.]
Quizá a estas alturas estás un poco mareado, pero tengo buenas noticias, ¡hemos llegado al punto clave! Nuestro proceso de aprendizaje y comprensión del mundo parte primero de aprender a nombrar los objetos que observamos, y crear una ‘base de datos’ tanto de objetos, como de maneras ‘lógicas’ en que estos objetos se comportan. Hasta aquí la parte en que podemos decir que aprender es acostumbrarse. Pero a partir de ahí, nuestro cerebro es capaz de jugar con esos datos y reglas para producir nuevas respuestas que, cuando coinciden con un hecho observado nuevo y desconocido, conduce a la anhelada sensación de Eureka, de bombilla encendida, a ‘entender’ en el sentido más profundo del termino. Es claro por tanto que si intentamos entender partes de la realidad que escapan a nuestros sentidos, no tenemos los recursos con los que poder razonar sobre esos fenómenos, ¡y de ahí la frustración inicial al acercarnos al mundo de la Física de Partículas!
La buena noticia es que ahora podemos convertir esa frustración en pasión! La Ciencia nos da la oportunidad de volver a ser niños, de volver a aprender a hablar. No tenemos sentidos con los que ver un electrón o un neutrino, pero si que tenemos detectores de partículas. Si no podemos ‘ver’, tampoco podremos hablar de color, textura, etc. Las propiedades que ahora podemos definir van a ser distintas, y van a venir marcadas por nuestros nuevos ‘sentidos’, es decir, por cómo responden esos detectores. Y las partículas subatómicas, no son más que los nombres que ponemos a objetos que presentan distintas de esas propiedades, de la misma forma que las distintas frutas son simplemente alimentos que distinguimos por su forma, tamaño, olor, sabor, etc. En realidad, es mucho más sencillo, porque en contra de los objetos del mundo macroscópico, las partículas elementales de cada tipo son todas idénticas! Todos los electrones son idénticos entre sí, igual que los protones, o los neutrinos. Así, las partículas elementales las ‘definimos’ por propiedades que llamamos masa, carga o spin, porque son esas las cosas que sabemos medir (sentir) con nuestros detectores (sentidos). Además, a diferencia de muchas de las cosas del mundo macroscópico, que siguen leyes un tanto impredecibles, las partículas elementales, aunque siguen leyes nuevas, y desde luego sorprendentes, una vez descubiertas ¡son siempre respetadas!
¿Qué es entonces un neutrino? Pues simplemente, un objeto del mundo microscópico que tiene una masa ridícula (más de 1 millón de veces más ligero que un electrón), que no tiene carga eléctrica, y sobre todo, que puede atravesar grandes espesores de material sin chocar con nada. Estudiando sus propiedades, los físicos han podido descubrir también que aumentando su energía sí que llegan a chocar más a menudo con el resto de materia. En esto serían como muchas personas, tímidas por naturaleza, pero que interaccionan mucho más con algo de ‘energía’ (en forma de alcohol) en el cuerpo.
Seguramente esta definición os resulta todavía un tanto insatisfactoria. Nadie necesita entender cómo funciona el ojo humano para entender lo que ve, pero creo que en el caso del mundo subatómico, el siguiente paso es precisamente aprender sobre los detectores de partículas y cómo llegamos a definir y medir precisamente esas propiedades con las que nombramos los objetos del microcosmos (masas, cargas, spines). No obstante, lleva tiempo convencerse de que a este nivel básico, aprender lo que son las partículas elementales es idéntico al proceso por el cual aprendimos de niños a entender el mundo que nos rodea. Pero no hay otro camino. Sólo cuando os hayáis convencido de ello y acostumbrado a ese nuevo lenguaje y al hecho de que van a surgir nuevas reglas, estaréis en condiciones de avanzar hacia un entendimiento más profundo, de atravesar al otro lado del espejo, y dejaros fascinar por el desconcertante mundo cuántico en el cual, naturalmente, la descripción de las partículas elementales es un poquito más elaborada de lo expuesto aquí. Y recordad, en este viaje somos niños de nuevo, así que dejad en casa el miedo a hacer preguntas ingenuas, porque como ya sabéis, esas suelen ser las mas inteligentes.