México, un escalón más arriba

A más de cuatro kilómetros sobre el nivel del mar, en uno de los puntos más altos de México, se encuentran las instalaciones del observatorio HAWC (High-Altitud Water Cherenkov). No es un observatorio como los que salen en las películas, con una gran bóveda y un telescopio gigante. El observatorio HAWC no está hecho para percibir la luz que se ve con un telescopio de lentes, sino que se especializa en detectar y analizar rayos gamma, los cuales se caracterizan por poseer millones de veces más energía que la luz visible.

Cada segundo la tierra es bombardeada por rayos gamma y partículas subatómicas que viajan en los límites de la velocidad de la luz. Esta radiación, llamada radiación cósmica debido a su origen espacial, es tan potente que al hacer contacto con el aire de nuestra atmósfera provoca una serie de colisiones que generan una cantidad inmensa de energía, la cual es capaz de crear nuevas partículas de materia en el camino. Estas nuevas partículas, a su vez, colisionan con otros elementos de la atmósfera y repiten el fenómeno en cadena.

Los últimos productos de estas colisiones en cadena llegan hasta la tierra y, con ayuda de los instrumentos adecuados, pueden ser medidos y analizados para determinar la velocidad y la dirección del rayo o partícula que les dio origen varios kilómetros más arriba. El conocimiento de la naturaleza de estos fenómenos nos ayudará a comprender mejor las leyes que rigen al Universo.

Se sabe que cada rayo gamma, al interactuar con el aire atmosférico, es capaz de generar dos partículas muy características; una es un electrón y la otra es su equivalente de carga eléctrica contraria: un positrón. Estas partículas son capaces de crear por su cuenta un nuevo rayo gamma similar al original pero con una energía un poco menor. Este tipo de reacciones en cadena, a diferencia de las creadas por otros tipos de rayos cósmicos con menor energía, pueden extenderse hasta alcanzar un área de varios kilómetros cuadrados y que incrementa conforme desciende a la tierra haciendo más complicado analizar su origen.

El observatorio HAWC está equipado actualmente con más de 100 tanques cerrados y llenos con 180,000 litros de agua ultra-pura. En el fondo de cada uno se encuentran cuatro detectores muy sensibles capaces de percibir la fugaz radiación que emite un rayo cósmico al entrar en contacto con el agua. Esta radiación, llamada radiación de Cherenkov, surge debido a que el rayo cósmico en esas condiciones viaja más rápido que la luz, pues ésta es frenada por el líquido.

Aunque esta tecnología ya existía y se había implementado en otros lugares del mundo, el observatorio HAWC está planeado para poseer una capacidad de percepción mayor que sus antecesores. Esto se debe en parte a su tecnología de punta, pero también por su particular localización, a 4100 metros de altura entre el Pico de Orizaba y el volcán Sierra Negra, en Puebla y muy cerca del límite con Veracruz.

El observatorio HAWK, al estar a una altura tan elevada, puede percibir con mayor facilidad las lluvias de partículas y rayos gamma con menor potencia que normalmente se extinguen antes de tocar la tierra. La suma de estas características permite que se enfoque en analizar rayos gamma en un rango de energía mucho más amplio que los demás y sea capaz de abarcar la mitad de todo el cielo del planeta en el lapso de un día entero.

El complejo incluye un total de 300 detectores de agua de siete metros de diámetro y cinco de alto, distribuidos en un área de 22,000 metros cuadrados. A partir del primer día de agosto de 2012, el observatorio comenzó a operar con los primeros 111 tanques instalados pero alcanzó su capacidad total de funcionamiento hasta marzo de 2015.

En su construcción y operación participaron numerosas instituciones de México y Estados Unidos entre los que se encuentran: el Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE), la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) a través del Instituto de Astronomía, el Instituto de Ciencias Nucleares, el Instituto de Física, y el Instituto de Geofísica; la Universidad de Maryland, la Universidad de Nuevo México y el Laboratorio Nacional Los Álamos.

Un Universo radiactivo

Al ver diagramas de nuestro sistema solar, o las fotos de nuestro planeta tomadas desde el espacio, pareciera que estamos flotando en medio de un vacío absoluto. Es cierto que el espacio exterior es increíblemente vasto y entre cada planeta, estrella o galaxia existe una distancia inmensa, pero eso no significa que no haya nada en medio. Si pudiéramos ver de alguna manera las trayectorias de todas las diminutas partículas que inundan cada centímetro cúbico del espacio nos daríamos cuenta de que en realidad vivimos en medio de un océano tormentoso lleno de violentas corrientes que viajan en todas direcciones.

Nuestro propio sol arroja a su alrededor miles de toneladas de materia cada segundo. A este fenómeno se le conoce como viento solar y está compuesto principalmente de protones y neutrones que son dos de los componentes básicos de los átomos. Estas corrientes, al acercarse a la Tierra, son desviadas por el propio campo magnético del planeta pero hay muchas partículas que logran penetrar hasta las partes más bajas de la atmósfera.

Este tipo de radiación estelar puede ser medida con instrumentos para determinar la velocidad con la que llega al planeta, y aunque el sol es una fuente de energía muy poderosa, estas partículas no pueden compararse con las que llegan de estrellas mucho más lejanas, o incluso de otras galaxias. A cada segundo, la Tierra es bombardeada con partículas de materia que viajan casi a la velocidad de la luz y que, al entrar en contacto con el aire de nuestra atmósfera se generan colisiones de una energía impresionantemente alta que el humano no ha sido capaz de generar en ningún laboratorio.

Aún no se sabe con exactitud de dónde provienen estas partículas a las que ahora llamamos rayos cósmicos, ni cómo es que obtienen esa cantidad tan grande de energía. Algunos científicos sugieren que son productos de estrellas que explotan y producen una supernova, la cual genera una onda de choque que puede acelerar de manera considerable las partículas que la componen y rodean. Pero aún así, las velocidades de los rayos cósmicos siguen siendo mucho mayores a lo que producirían las supernovas.

Otra explicación posible es que provienen de objetos celestes llamados púlsares que son estrellas muy pequeñas pero sumamente pesadas que giran a velocidades muy altas. Éstos pueden dar varios cientos de vueltas sobre sí mismos en un sólo segundo, lo cual crea a su alrededor un campo magnético muy fuerte que genera un haz de radiación altamente concentrado y que gira con él como si fuera la luz de un faro en la playa. Se les llama púlsares porque esta radiación llega la tierra en forma de un pulso debido a las interrupciones que se dan cada vez que la estrella da media vuelta.

Aunque es probable que muchos de los rayos cósmicos se originen en los púlsares aún no se se tienen las pruebas suficientes para asegurarlo. La opción más prometedora hasta el momento es suponer que provienen del centro de otras galaxias en los que posiblemente se encuentra un objeto que llamamos agujero negro.

Aún no se ha confirmado la existencia de ningún agujero negro, pero se cree que son cúmulos de materia tan pesados y concentrados en un espacio tan pequeño que atraen hacia ellos todo lo que está a su alrededor con una fuerza infinitamente grande capaz de absorber incluso los rayos de luz. Es por esto que no se han podido detectar con ningún telescopio o detector de otro tipo. La única manera de rastrear un agujero negro es observando la manera en que afecta a los objetos cercanos a ellos. Se cree que en el centro de la mayoría de las galaxias existe un hoyo negro supermasivo que mantiene girando a su alrededor todo el material galáctico como estrellas y nubes de polvo.

También se cree que algunos agujeros negros giran con tanta velocidad que crean un campo gravitacional en forma elíptica que atrae partículas del exterior y los desvían en una trayectoria curva haciendo que ganen mucha velocidad en el recorrido como si fueran una piedra atada a un lazo al que se le da vueltas, hasta llegar al punto en que la misma energía que acumulan las hace salir disparadas en cualquier dirección a velocidades muy cercanas a la luz.

Aún no hay forma de corroborar estas ideas, principalmente porque las partículas que componen los rayos cósmicos, al estar cargadas eléctricamente, tanto positiva como negativamente, pueden ser desviadas por otras fuerzas en su recorrido hasta la tierra, perdiendo así el rastro de su origen.

Afortunadamente existe un tipo de radiación cósmica que no se ve afectada por otras fuerzas magnéticas ni gravitacionales. Se trata de los rayos gamma. Estos rayos tiene la misma naturaleza que la luz visible, sólo que poseen una energía mucho mayor. Gracias a instrumentos de alta tecnología es posible observar el efecto que los rayos gamma producen al impactar en la atmósfera y reconstruir su trayectoria.

Ya se han construido numerosos detectores y observatorios de rayos cósmicos a lo largo del mundo y poco a poco se aprende más sobre ellos. Cada descubrimiento nos acerca más a la comprensión del complejo, vasto y dinámico Universo en el que vivimos.

Los primeros destellos del Universo

“La materia no se crea ni se destruye, sólo se transforma”. Esta famosa frase es autoría de un químico francés llamado Antoine Lavoisier, quien vivió en el siglo XVIII. Desde entonces han sucedido muchos descubrimientos sobre la naturaleza de la materia y ahora sabemos que cuando se compone y se descompone en sus diferentes partes libera cierta cantidad de energía. Es así que todas las cosas que suceden en el Universo dejan una huella de energía y, con los instrumentos adecuados, el humano ha aprendido a rastrear esas huellas.

Un astrofísico norteamericano llamado George Smoot ideó un instrumento que serviría para rastrear las huellas energéticas de los primeros cambios de temperatura que surgieron en el Universo a tan sólo unos cientos de miles de años de que ocurriera la gran explosión, o Big Bang, que le dio origen. Estos cambios provocaron que toda la materia que existía en el universo comenzara a agruparse y a formar los astros que ahora vemos.

La idea de Smoot consistía en medir la energía que portaban ciertas microondas que se creía que provenían desde aquellos tiempos remotos, para luego relacionar la con la temperatura del objeto del que debían provenir. Esta radiación, aunque es muy débil, está presente en cada centímetro cúbico del espacio, por lo que se llama Radiación de Fondo de Microondas.

George Smoot propuso su idea a la NASA a finales de los años setenta y se diecidió incluir su experimento dentro del satélite COBE (las siglas en inglés para Explorador de Fondo Cósmico). Además del detector de Smoot, llamado Radiómetro Diferencial de Microondas (DMR), el COBE incluía dos sensores de rayos Infrarrojos muy potentes. La nave que transportada al satélite fue lanzada el 18 de noviembre de 1989 y reportó las primeras mediciones del DMR en abril de 1992.

Al relacionar la energía de la radiación de microondas, con la temperatura del objeto que las podría haber creado, se descubrió que coincidían con las predicciones que se habían hecho sobre la temperatura que debían poseer si en verdad provinieran de los inicios del Universo. Gracias a sus estudios con el DMR, George Smoot ganó el Premio Nobel de física en el año 2006.

Jugando a las canicas nucleares

En un lugar de la frontera que divide Francia y Suiza, se encuentra el Gran Colisionador de Hadrones (o LHC por su nombre en inglés), el instrumento científico más grande, complejo y costoso que ha construido la humanidad hasta la fecha. Paradójicamente, su principal propósito es observar y analizar las partículas más pequeñas del Universo. Éste fue creado por el Centro Europeo de Investigaciones Nucleares (CERN) en colaboración con más de 20 países, incluyendo México.

Pero vamos por partes. ¿Qué es un colisionador? Como su nombre lo indica, es un aparato que hace chocar dos o más partículas entre sí con mucha fuerza. En el LHC se aceleran y colisionan protones, los cuales son uno de los dos tipos de partículas que componen el núcleo de los átomos, además de iones de plomo, que son átomos de plomo pero cargados eléctricamente. Esto se hace con el fin de generar suficiente energía para crear partículas más pequeñas y evasivas que sólo aparecen en esas condiciones. Pero, para lograr esa energía es necesario que los protones alcancen una velocidad muy cercana a la de la luz, es decir, a casi 1,080,000,000 kilómetros por hora. Tal velocidad equivale a dar siete vueltas y media a la tierra en sólo un segundo.

Para lograr las velocidades que se requieren en los experimentos, en el LHC se aceleran dos pequeñas nubes de protones en direcciones contrarias, a lo largo de un par de conductos circulares que me miden casi 27 kilómetros de largo. Esta aceleración se genera por medio de poderosos imanes que requieren trabajar a temperaturas extremadamente frías. Para poder controlar las condiciones de los imanes y otros componentes delicados, el Gran Colisionador de Hadrones se encuentra enterrado a más de 100 metros de profundidad. Definitivamente es algo grande.

Pero, ¿y qué es un hadrón? Un hadrón es una partícula compuesta de otras más pequeñas e indivisibles llamadas quarks. Existen dos tipos de hadrones: los bariones y los mesones, compuestos de tres y dos quarks respectivamente. El protón es un barión. Cuando dos hadrones chocan uno contra otro con suficiente fuerza, se concentra tanta energía a su alrededor que se crean partículas muy exóticas, las cuales nos pueden revelar información sobre cómo se compone todo lo que existe en el Universo.

Normalmente las partículas que resultan de una colisión de este tipo salen disparadas en todas direcciones a velocidades impresionantes. Para lograr capturar toda esa información que se esparce y desparece en pequeñísimas fracciones de segundo, es necesario utilizar grandes detectores compuestos de múltiples instrumentos sumamente complejos. Los detectores más importantes del LHC son cuatro y se llaman: ATLAS, CMS, ALICE y LHCb.  El primero es el más grande, es tan largo como la mitad de un campo de futbol y tan alto como una ballena azul medida de la nariz a la cola. Estos detectores están colocados en cuatro puntos clave donde los dos tubos que conducen las nubes de hadrones se cruzan y generan las colisiones cuando han alcanzado la velocidad deseada.

México ha participado en la construcción y control del LHC desde el inicio. Algunas partes del detector ALICE fueron creadas y fabricadas en nuestro país por instituciones de la Universidad Nacional Autónoma de México y el Instituto Politécnico Nacional. Además, la UNAM trabaja actualmente en lo que se conoce como GRID, que es una red de información similar a la Internet pero con una capacidad mucho mayor de procesamiento, y está siendo utilizada para intercambiar y almacenar información proveniente de los experimentos del CERN con ayuda de computadoras ubicadas en distintas partes el mundo.

La GRID se compone de un nodo central, denominado como tier cero, ubicado en las instalaciones del CERN y desde donde se distribuye la información capturada a tiers secundarios de que van del nivel 1 al 3. En un futuro la UNAM, a través de la Dirección General de Cómputo y de Tecnologías de la Información y Comunicación, en conjunto con el Instituto de Ciencias Nucleares, representará uno de los nodos de trabajo más importantes de América al ser un tier de nivel 1.

Los experimentos del LHC comenzaron hace ya un par de años y desde entonces han obtenido importantes resultados. Seguramente el más notable hasta la fecha ha sido el descubrimiento de la más misteriosa de todas las partículas elementales, pero cuya existencia había sido imposible confirmar hasta este momento. Hablamos del bosón de Higgs, el cual, según se sabe, es el responsable de hacer que las partículas elementales de las que está compuesta la materia, y que no tienen masa por sí mismas, se comporten como si la tuvieran. La masa es lo que le da consistencia a las partículas y les permite ocupar un solo lugar en el espacio sin salir disparadas a la velocidad de la luz. Gracias a la masa es que existimos físicamente y no sólo como energía dispersa.

Suena complejo y lo es aún más de lo que parece pues, aunque ya se ha confirmado su existencia después de casi 50 años de espera, aún falta precisar qué tipo de Bosón de Higgs se encontró. Según algunas teorías podrían existir hasta seis tipos diferentes de ellos. De ser así será necesario incrementar la fuerza de la colisión en el LHC para descubrir el resto.

Aún son muchos los misterios que hay por descubrir sobre la composición y el funcionamiento básico del Universo, pero los avances tecnológicos que ha logrado la humanidad nos acercan paso a paso hacia ellos. El Gran Colisionador de Hadrones es un gran logro y vale la pena seguir atentos a todo lo que ocurre ahí.

Salvando a un robot

Cucarachas, orugas, avispas, escorpiones... Sé que antes había dicho que todo en el universo es estéticamente agradable pero ahora debo aclarar que algunas cosas lo son únicamente a ciertos niveles de observación y los ejemplares de las especies que acabo de mencionar lo son únicamente desde puntos de vista muy muy cercanos o muy muy lejanos. Debo aceptar que no tolero a los insectos.

Hoy llegué al trabajo de mi papá y, en un bote con el que comúnmente le servimos agua a Mortero (el perro), encontré un pequeño arácnido a medio hundir. Con tres patas y mucho brío se aferraba a la tensión superficial, el resto de ellas se convulsionaba bajo el agua tratando de asir algún otro apoyo para salir. Me dio asco seguir viendo eso y mejor me retiré de allí; ya mi papá vaciaría el agua después, pensé.

Pero una hora más tarde volví y la araña seguía allí a la deriva, ya ni siquiera se molestaba en patalear, estaba cansada y se había rendido. No sé exactamente qué sentí en ese momento pero tomé un trozo de rama y con cuidado la ayudé a apoyarse en una pared del bote, el cual moví a un lugar soleado para que se secara un poco y volviera a tener tracción para subir. Luego tiré lejos el trozo de rama, sentía una asquerosa sensación en las manos sólo por haber tocado un objeto que tuvo contacto con ella.

Se quedó paralizada unos minutos durante los cuales aguanté con todas mis entrañas las ganas de lanzar lejos el bote. Después, con pasos cuidadosos intentó salir pero poco antes de llegar al borde superior resbaló y esta vez se hundió completamente. Tocó fondo y comenzó a mover las patas pero la densidad del agua le impedía mantener alguna dirección constante.

Desconozco por completo la anatomía interna de los arácnidos, no sé si se ahogaría pronto o si moriría de agotamiento pero no tenía planeado averiguarlo en ese momento. Recogí el trozo de rama de antes y la asistí de nuevo. Se paralizó otro par de minutos pegada a la pared del bote y entonces comenzó a subir lentamente. Después de algunos pequeños tropiezos en su camino, por fin llegó al borde superior con sus propias patas, se descolgó al lado externo del bote y se escondió en las sombras. Tampoco supe qué sentí en ese momento pero me quedé mirándola.

¿Por qué la ayudé si odio tanto a los insectos? Me pareció que estaba sufriendo y me recordó las palabras de Albert Schweitzer: "No me importa si un animal puede razonar, sólo sé que es capaz de sentir y por ello lo considero mi prójimo". ¿Pero cómo sé si estaba sufriendo? No lo sé. Y es que siempre he pensado que los insectos (o de menos las arañas) no sienten, parecen robots, actúan de manera mecánica ora si van a comer, ora si están heridos... No lo sé. Tal vez el patalear solo era un reflejo, tal vez solo no entendía lo que estaba pasando.

Por ejemplo: ¿Por qué se paralizó antes de subir? Podría ser que aprovechó mis atenciones de haberla puesto en el sol y solo estaba esperando a secarse. Pero también podría ser simplemente que sabía que alguien (yo) estaba allí y algo (la rama) la había tocado, así que ese alguien seguramente sabía que ella estaba allí pero no entendía que la estaba ayudando; tal vez se quedó quieta porque su programación básica de robot le decía que si ese algo pudo tocarla sólo podía ser un depredador y de ninguna manera un salvador.

En resumen... ¿Por qué la salvé? El mundo no necesita una araña más y nada me dice que ella sufre como podría sufrir yo en su caso. El mundo tampoco necesita humanos, pero según yo los humanos si sienten, sufren, reconocen la ayuda, aprecian la vida, etc... ¿Mi vida vale lo mismo que la de ella? ¡¿Porqué no simplemente la dejé allí?!

Me di asco por seguir pensando en eso y mejor me retiré lejos; ya mi vida sería juzgada después, pensé.

Leer de boleto

Hoy mismo por la tarde abordé El camino del periodista de un autor mexicano cuyo nombre no recuerdo y la maestra no se molestó en fotocopiar junto con su texto. Como su nombre lo advierte, es un libro para frikis del periodismo.

Es la bitácora profesional del autor mismo desde los accidentados inicios de su carrera: los viajes improvisados para buscar noticias, gajes para cazar contactos, mañas para conseguir entrevistas ruidosas, bla, bla, bla... La base de todo reportaje.

Quiera o no, tengo que saberlo, pero la verdad no quiero. No me malentiendan, amo la carrera pero ojalá nunca tenga que ser reportero para ganarme la vida. A mi parecer no eres más que un cable para mandar señales, sin identidad, sin uso de creatividad. Así se empieza invariablemente, y la inmensa mayoría en eso se queda toda su carrera. Yo paso.

En fin, al menos la lectura es muy ligera y envolvente. No me provocó mareos aún cuando tomé el metro en Revolución a la hora pico y no alcancé asiento para leerlo cómodamente.

Cuando el convoy comenzó a disminuir su velocidad aproximándose a la siguiente estación vi de reojo que se desocuparon dos lugares. Despegué por fin la mirada de las hojas y me apresuré a sentar mi enclenque humanidad en uno de ellos. De pronto todos al rededor me miraron raro, algunos incluso torcieron la boca. Miré discretamente a la periferia para ver si es que le había robado sin querer el asiento a un ancianita o a un discapacitado, pero no, y de todos modos aún había otro libre. ¿Qué diablos les pasaba?

Pensaba regresar mi atención a mi fardo de copias pendiente cuando arribamos a la estación y ¡resulta que ya estábamos en la terminal! Sí que es una lectura ligera...

Con todo esto sólo quiero reafirmar mi sugerencia pasada: lean. Ahora ya saben que sirve muy bien para saltarse esos incómodos momentos de la vida como el viaje en metro a la hora pico.

Qué se dice y qué se siente

Por la mañana leía un libro sobre la evolución del intelecto humano —Los dragones del edén de Carl Sagan; ampliamente recomendado para todo público— y atisbé un dato muy interesante: nuestro cerebro, al igual que prácticamente todos nuestros tejidos orgánicos, tiene la misma densidad que el agua. De inmediato fui a meter el brazo a una cubeta que recién había llenado mi papá de ese hermoso líquido.

Transparente como el aire pero pesado como la arena. Tan maleable al surco del tacto y a la vez tan estable en reposo. Tan físicamente compleja y tan químicamente simple... ¡¿Acaso no parece tema de fantasía?!

Es difícil imaginar que con la misma cantidad de materia contenida en 1.3 litros de agua se pueda generar un cerebro capaz de intentar imaginar que con la misma cantidad de materia contenida en 1.3 litros de agua se pueda generar un cerebro capaz de intentar imaginar que con la misma cantidad de materia contenida en 1.3 litros de agua se pueda generar un cerebro capaz de intentar imaginar... Ah... Imaginar...

El cerebro y el agua... Pura fantasía.

Saqué la mano del agua. Mis dedos goteaban creando ondulaciones en la superficie y contrastantes divergencias luminosas en el fondo de la cubeta. Estaba comenzando a desvariar sobre esas alineaciones diferenciales a nivel molecular que, a pesar de tratarse de un material tan homogéneo, de un momento a otro concentraban o bloqueaban por completo el paso de la luz. Estaba en eso cuando recordé que tenía que leer este fin de semana tres libros más; no tenía tiempo de ponerme a desvariar más.

Al principio me entristeció la idea y hasta me enojó un poco, pero después me motivó el pensar en todos los demás datos interesantes que siguen ocultos en las casi 800 páginas que aún debo recorrer las siguientes 72 horas.

Justamente ayer, una muy estimada amiga me comentó que el placer de leer un libro no tiene comparación. Le contesté que, según me cuentan algunos experimentados, se puede comparar con los efectos de algunas drogas o con esa sensación que los románticos llaman 'le petit mort'. "Pero qué sé yo...", concluí, pues mientras no sea Lindsay Lohan o el protagonista de 'El amor en los tiempos del cólera' y haya de verdad probado el exceso, debería yo guardar mis juicios.

Mientras tanto, al parecer lo que más me conviene es regresar a mi lectura y les sugiero que, aunque ustedes sí sean amigas de Miss Hilton o lleven un diario lujurioso, se den la oportunidad también de experimentar el éxtasis de una buena lectura. Ya tienen aquí un buen ejemplo cortesía de Carl Sagan.