lunes, 23 de octubre de 2023

Desde la adolescencia especializada a la madurez inter y trans-disciplinar - Alberto Ruiz Jimeno

Capítulo 47

Desde la adolescencia especializada a la madurez inter y trans-disciplinar.
(Por Alberto Ruiz Jimeno)






So, I have just one wish for you -the good luck to be somewhere where you are free to maintain the kind of integrity I have described, and where you do not feel forced by a need to maintain your position in the organization, or financial support, or so on, to lose your integrity. May you have that freedom.

R. Feynman, Caltech commencement address, 1974



Introducción.

Mi encuentro con las “Lectures” de Feynman se produjo ya iniciada mi carrera científica, como ayudante en el Departamento de Física Fundamental de la Universidad de Cantabria, a mitad de los 70.

No es extraño, ya que la publicación bilingüe se había producido en el año 1971, cuando cursaba mi tercer año de carrera en la Universidad de Valladolid, y mi interés estaba más orientado hacia la Física Nuclear, en la que desarrollé mi primer encuentro con la investigación científica.

Sin embargo, si tuve entonces conocimiento de la edición de estos textos y de su valor didáctico y complementario a los textos que usualmente utilizábamos durante la carrera, que solían ser traducciones del inglés o del francés.

Además, Feynman era suficientemente conocido, su genio y figura era ampliamente debatido en las reuniones que teníamos, ya fueran de café o más dedicadas a la Física, con mis compañeros de curso. Le admirábamos y, en cuanto me fue posible, ya en Santander, pedí a la biblioteca que adquiriera sus “Lectures”, las cuales recomendábamos en la amplia lista de libros a consultar de nuestras clases de Física General, Mecánica o Termodinámica.

Ya avanzada mi etapa investigadora, en el campo de la Física de Partículas Elementales, fue creciendo mi interés por Feynman y sus colegas, creadores del marco teórico en el que yo me movía, la Teoría Cuántica de Campos.

En uno de los congresos a los que asistí, a comienzos de los años 90, adquirí el libro “Surely you`re joking, Mr. Feynman” [1], libro que mantengo y a menudo releo, porque creo que refleja muy acertadamente el perfil abierto, brillante y curioso de Richard Feynman, un gran científico, pero además una persona cercana, enormemente didáctico y libre de prejuicios.

Fig.1 Fotografia de la portada del libro de R.Feynman “autobiográfico”, redactado por R. Leighton.

 

Mis primeros pasos hacia la investigación científica.

Mi primera formación científica se produjo con motivo de la realización de la “tesina”, en 1974, en la Facultad de Ciencias de Valladolid. La realicé en el grupo de Física Nuclear, de la mano del reciente investigador Francisco Fernández, cuyo saber, pasión y dedicación fueron fundamentales para el desarrollo de mi carrera investigadora. Desde entonces he mantenido un contacto de gran amistad con él. Su personalidad tiene mucho en común con la que se intuye de Feynman.

Paco fue para mí guía, apoyo y ejemplo de integridad científica. Por los azares de la vida, mi actividad investigadora se encaminó por otros rumbos, pero esos momentos iniciales influyeron mucho en mi carrera científica.

Mi siguiente etapa se inició en la Universidad de Cantabria, a finales de 1974.  Se trataba de una universidad muy joven, con infraestructuras de investigación muy precarias, inmersa en una política científica del país muy cerrada al mundo exterior y con escasas posibilidades de promoción, particularmente en la investigación. Pero contaba con algunos profesores con gran vocación e interés, formados fuera del país, como era el caso del Dr. Eugenio Villar, que había adquirido experiencia en el Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) [2] y contactos con grupos experimentales europeos. Me propuso realizar el doctorado en el estudio del comportamiento de núcleos atómicos de emulsiones fotonucleares bombardeadas por iones de Oxígeno y Carbono en el laboratorio Berkeley (LBL) de California. Disponíamos de microscopios ópticos de alta resolución, logrados a través de los contactos con sus colegas extranjeros, y otros procedentes del Hospital Marqués de Valdecilla, con cuyo departamento de Anatomía Patológica manteníamos una relación amistosa de trabajo.

Fig.2 CERN Vista aérea (Cortesía CERN).


Percibí la posibilidad de crear un grupo de investigación, a partir de cero, para realizar investigación fundamental, lo cual me resultó muy atrayente. Con un pequeño equipo de dos investigadores y algunas microscopistas, iniciamos contactos científicos con grupos experimentados del Instituto de Física Corpuscular de Valencia, la Universidad de Barcelona y el “Centre National pour la Recherche Scientifique” (CNRS) de Estrasburgo. Con algunas ayudas de la Fundación Botín y del intercambio hispano-francés, iniciamos nuestras primeras colaboraciones científicas, algo característico de nuestro grupo después.

Los comienzos fueron difíciles: viajes largos en trenes de tercera clase, ordenadores casi inexistentes o arcaicos fuera de Madrid, obtención de resultados lento y artesanal. Frecuentemente utilicé las infraestructuras de computación del CNRS, similares a las del centro de cálculo de Vitrubio, en Madrid. Así pude desarrollar mi Tesis Doctoral, que presenté en 1978.

 

Grandes Colaboraciones Internacionales.

Durante la realización de la Tesis visité el CERN y establecí contactos con su grupo de emulsiones y otros científicos internacionales, iniciando colaboraciones para profundizar en el estudio de la estructura nuclear.  Estas colaboraciones [3], constituidas por 10-20 científicos inicialmente, darían lugar a otras con decenas de científicos, proporcionándonos peso para iniciar nuevos experimentos en el CERN, explorar nuevas técnicas de detección y estudiar el comportamiento de nuevas partículas elementales.

Añadí, en mi periodo postdoctoral, visitas frecuentes y estancias largas en el CERN, reuniones internacionales, congresos científicos y formación de nuevos jóvenes. El grupo se incrementó en volumen, mejorando la calidad de nuestra competencia internacional. En los comienzos de los 80, la política científica española ya permitía el desarrollo de proyectos con financiación procedente de la Comisión Asesora de Investigación Científica y Técnica (CAICYT).

A finales de los 80, el CERN terminó la construcción del gran acelerador electrón-positrón LEP, cuyo objetivo era el estudio preciso de las propiedades de los bosones intermediarios de las interacciones nucleares débiles, Z y W, descubiertos allí hace ahora 40 años [4].  Se construyeron cuatro grandes experimentos, y nos integramos en uno de ellos, DELPHI [5]. La colaboración estaba constituida por cerca de seiscientos físicos e ingenieros de 56 instituciones internacionales, que compartíamos, además de personal, sistemas de detección, electrónica y computación.

Los nuevos retos científicos y la propia sociología impusieron nuevas estrategias de política científica, auténtico desarrollo de la industria de la ciencia. El Plan Movilizador de las Altas Energías, coordinado por Pedro Pascual, catedrático de Física Teórica de la Universidad de Barcelona, fue propiciado por el gobierno de la época, en la que me gustaría destacar la labor del director general de política científica, Emilio Muñoz Ruiz. Se dedicaron fondos para ello, pudiendo competir con otras instituciones internacionales de mucha mayor tradición científica.

Nuestra participación fue esencial para la consolidación del grupo, pues unido al gran interés científico se adoptaron importantes responsabilidades en análisis de datos y desarrollo de software, se realizaron varias tesis doctorales, publicamos en revistas de alto impacto, participamos en congresos…

El objetivo prioritario fue el estudio del bosón Z, intermediario de la interacción nuclear débil neutra.  Tanto mi doctorando Francisco Matorras, como yo mismo, fuimos líderes del grupo de estudio de su desintegración a leptones de la tercera generación, t [6]. Medimos la masa y anchura del Z con niveles de precisión extraordinarios, aún no superados, y profundizamos en la física del t y su relación con la interacción nuclear fuerte. Además, participamos en el estudio de los correspondientes bosones cargados W+, W-. Jesús Marco y Javier Cuevas, doctorandos míos, fueron responsables de la búsqueda del bosón de Higgs en el experimento DELPHI. Jesús se dedicó posteriormente, con gran éxito, a proyectos multidisciplinares europeos de e-ciencia y también ejerció una actividad de gestión como vicepresidente de investigación del CSIC. Javier Cuevas creó un grupo de investigación sobresaliente en la Universidad de Oviedo.

Otros estudios, como la búsqueda de supersimetría [7] en DELPHI, fueron objeto de tesis doctorales, como la Celso Martínez, dirigida por Jesús Marco.

Una actividad con clara repercusión social y académica fue el desarrollo de la red de comunicaciones, RedIRIS, nacida de la red española de altas energías FAEnet [8], componente de la red internacional HEPnet. Permitió abordar el complejo análisis de datos del LEP. Participamos y lideramos FAEnet, a través de nuestro propio servicio de informática.

Paralelamente dirigí la tesis doctoral de Ángel Camacho, “Desarrollo del soporte de comunicaciones para el entorno on-line del experimento DELPHI del acelerador LEP del CERN”. Su colaboración con Tim Berners-Lee propició que conociera bien el desarrollo de la telaraña mundial, “World-Wide-Web” (WWW), publicando la primera página web española, la de nuestro grupo de Altas Energías, http: //esanu1.unican.es/,  lanzada en 1992.

La actividad investigadora y visibilidad del grupo nos permitió iniciar importantes proyectos, como el diseño de una factoría “tau-charm”, en España. Colaboramos, en ello, con Martin Perl, premio Nobel por el descubrimiento del leptón t. El proyecto no fue aprobado por las autoridades españolas, y se desarrolló, con éxito, en China. La amistad con Martin Perl perduró, así como el contacto con Barry Barish, con quien más adelante colaboraríamos en el proyecto del Colisionador Lineal Internacional (ILC), que dirigió paralelamente a la del experimento LIGO [9], descubridor de las primeras ondas gravitacionales. por lo que compartió el premio Nobel de Física.

Fig.3 Congreso internacional TAU98, celebrado en Santander, en 1998, con la participación del descubridor del leptón tau y premio Nobel Martin Perl.


La actividad investigadora se unió a una clara competencia internacional y desarrollo de otras actividades multidisciplinares, de gestión y de transferencia, que perduran actualmente.

 

Nuevas extensiones del grupo y desarrollos “hardware”.

La consolidación del grupo, debido en gran parte a nuestra participación en el experimento DELPHI, que duró más de 20 años, nos dio visibilidad en “software” y análisis de datos. Hacia mediados de 1994, empezaron a formarse nuevas colaboraciones para el acelerador protón-protón LHC [10], que ocuparía el lugar del LEP. Nuestro grupo consideró la participación en la construcción de uno de los detectores, añadiendo desarrollo “hardware” a su actividad “software”.

En esas fechas se incorporó al grupo la doctora Teresa Rodrigo, con experiencia en la búsqueda del quark top en la colaboración CDF [11] del acelerador protón-antiprotón, el Tevatron de Fermilab (Chicago) [12]. El top fue finalmente descubierto en dicho acelerador, por CDF y D0, en 1995. La incorporación de Teresa propició la entrada del grupo a la colaboración CDF, en su segunda fase. Además, iniciamos, bajo su dirección, negociaciones para la entrada en la colaboración CMS [13] del LHC, con responsabilidades en diseño y construcción de un sistema opto-mecánico de alta precisión para el alineamiento preciso de las cámaras externas de muones con respecto a las cámaras internas de reconstrucción de trazas, del orden de 100 micras en varios metros de distancia.

La infraestructura necesaria fue montada en el reciente Instituto de Física de Cantabria, IFCA (centro mixto del CSIC y la Universidad de Cantabria), que iniciaba su andadura y que llegaría a obtener el sello de excelencia María de Maeztu, años más tarde.

El desdoblamiento del grupo, entre los desarrollos de “hardware” de un detector de tiempo de vuelo con precisión de 100 picosegundos y análisis de datos de CDF, por una parte, y la construcción de los subdetectores de CMS, por otra, permitió un crecimiento notable del grupo, particularmente en instrumentación de primera línea tecnológica.

Hay que destacar el trabajo en equipo de los actuales seniors del grupo. Así, se elaboraron nuevas tesis, como las de Rocío Vilar, en CDF e Iván Vila y Alicia Calderón, en CMS, ambas dirigidas por Teresa Rodrigo, la de Pablo Martínez, en CMS, dirigida por Francisco Matorras, o la de Jónatan Piedra, en CDF, dirigida por mí. Estas y muchas otras posteriores se desarrollaron gracias a una gran inversión en detectores y computadores, innovación en nuevos métodos de detección y estrechas colaboraciones con prestigiosas instituciones como el Massachusetts Institute of Technology (MIT), Fermilab o la Universidad de Padua, entre otras.

CDF fue una gran colaboración, tanto desde el punto de vista científico, como humano, gracias a los lazos adquiridos con colegas de otros países, muchos de ellos iberoamericanos. Científicamente contribuimos a importantes descubrimientos como las oscilaciones materia-antimateria en los mesones Bs [14], el descubrimiento del “single-top” y las primeras evidencias de la existencia del bosón de Higgs.

 

La participación en el LHC y el descubrimiento del bosón de Higgs.

La colaboración CMS supuso un cambio cualitativo [15], al estar integrada por más de 3000 científicos e ingenieros, de más de 75 países, con una estructura socio-científica colosal, un orden de magnitud superior a las de LEP o el Tevatrón. La competitividad y visibilidad del grupo suponía un reto, no solo a nivel externo, sino interno dentro de la colaboración.

Teresa Rodrigo fue elegida como directora de la “Collaboration Board” de CMS y como miembro del Comité de Política Científica del CERN, en la época en que CMS y otra colaboración, ATLAS, anunciaron el descubrimiento del bosón de Higgs, en Julio de 2012 [16], [17]. Otros miembros del grupo han tenido puestos de responsabilidad en CMS.

Fig.4 El autor, junto al experimento CMS (Foto: Rebeca González).


Nuestras contribuciones científicas prioritarias,  han sido  la producción de dibosones WW y WZ (tesis de Jorge Duarte, dirigida por Iván Vila y Teresa Rodrigo), desintegración del bosón de Higgs a WW, física del top (tesis de Javier Brochero dirigida por Celso Martínez y Luca Scodellaro y tesis de Jesús Vizán, dirigida por Javier Cuevas), o búsquedas de producción de materia oscura (tesis de Nicolo Trevisani, dirigida por Rocio Vilar y Alicia Calderón y tesis de Cedric G.M. Prieels, dirigida por Jonatan Piedra y Pablo Martínez, entre otras).

Indudablemente, la aportación científica de mayor impacto ha sido el descubrimiento del bosón de Higgs, consecuencia de la rotura espontánea de simetría del modelo estándar electrodébil, formulada teóricamente por P.W.Higgs y otros,  en los años 60.

 

Actividades presentes y futuras.

Continuamos acumulando mayor estadística, lo que permite mayor precisión en los estudios del LHC, y mayor experiencia, hacia alta luminosidad del LHC.

Además, participamos en experimentos de detección directa de materia oscura mediante detectores semiconductores de bajo fondo, y colaboramos con el grupo de astrofísica y cosmología del IFCA. Nuestras actividades de “hardware” se centran, actualmente, en detectores semiconductores de silicio de reconstrucción de trazas.

Nuestra prioridad son los estudios de precisión del bosón de Higgs y búsquedas de materia oscura, alineándonos con la estrategia europea de física de partículas. Estamos desarrollando proyectos de I+D para nuevos detectores de las futuras factorías de Higgs, como el colisionador lineal internacional ILC [18], donde participamos desde 2005, que es extensible a otras posibles factorías futuras.

Fig.5 Parte de los miembros del ILC en una reunión científica internacional en Santander.


Además, mantenemos una actividad importante de transferencia y difusión de resultados a todos los niveles [19], [20]. Tanto en aplicaciones médicas de nuestros sensores en terapia oncológica (de protones en particular), como con actividades enfocadas a la divulgación científica para escolares y público en general, con el fin de acercar mutuamente ciencia y sociedad.

Fig.6 Clases Magistrales de Física de Altas Energías en el IFCA.

 

Conclusiones.

He resumido la vida del grupo de altas energías del IFCA, desde su nacimiento, coincidente con mi adolescencia científica, hasta el presente, 50 años después, en una etapa de madurez y preparación para retos futuros.

He tratado de mostrar la importancia de la curiosidad, el esfuerzo y el espíritu crítico, el trabajo en equipo, la internacionalización, la innovación y el emprendimiento y la ética e integridad en la investigación científica, transferencia y difusión hacia la sociedad, transdisciplinariedad e interdisciplinariedad, …

Richard Feynmann fue un ejemplo de estos valores y su espíritu ha estado muy presente, consciente o inconscientemente, en los ideales y métodos de los miembros del grupo, por lo que un recuerdo a sus “Lectures” y otras obras encaja a la perfección aquí.




Referencias:
[1] Leighton, R. (1985). "Surely You're Joking, Mr. Feynman!" Adventures of a curious character. New York: W.W.Norton ¬ Company, Inc.
[2] CERN. (2022). Public web page. Obtenido de https://home.web.cern.ch/
[3] Ruiz Jimeno, A. (2022). Internacionalización de la Ciencia. Santander: Editorial de la Universidad de Cantabria.
[4] CERN. (January de 2023). W boson turns 40. Obtenido de https://home.cern/news/news/physics/w-boson-turns-40
[5] CERN-DELPHI. (2022). DELPHI. Obtenido de https://home.cern/tags/delphi
[6] Particle Data Group. (2023). Particle Data Group. Obtenido de https://pdg.lbl.gov/
[7] Wikipedia. (s.f.). Supersimetría. Obtenido de Supersimetría: https://es.wikipedia.org/wiki/Supersimetr%C3%ADa
[8] Ruiz Jimeno, A. (2021). “Origen y evolución de la comunicación por Internet”. Obtenido de Extractos de Ciencia, Ateneo de Santander: https://atesant.es/
[9] LIGO Coll. (2016). Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger. Phys. Rev. Lett. 116, 061102.
[10] CERN-LHC. (2022). Large Hadron Collider. Obtenido de https://home.cern/science/accelerators/large-hadron-collider
[11] CDF. (2022). Public web page. Obtenido de https://cdf.fnal.gov/
[12] Fermilab. (2022). Public web page. Obtenido de https://www.fnal.gov/
[13] CERN-CMS. (2022). Compact Muon Solenoid. Obtenido de https://home.cern/science/experiments/cms
[14] Ruiz Jimeno, A. (2008). Partículas bellas de materia y antimateria. Investigación y Ciencia, 387, 55-61.
[15] Ruiz Jimeno, A. (2019). Pasado, presente y futuro de los aceleradores de partículas. Obtenido de Dciencia: 
[16] CMS, ATLAS coll. (2012). “Observation of a new boson at a mass of 125 GeV with the CMS experiment at the LHC”; “Observation of a new particle in the search for the Standard Model Higgs boson with the ATLAS detector at the LHC”. Physics Letters B, 716, 1.
[17] Ruiz Jimeno, A. (2020). “Cumpleaños del bosón de Higgs”. Obtenido de Extractos de Ciencia, Ateneo de Santander: https://atesant.es/
[18] ILC. (2022). International Linear Collider. Obtenido de https://linearcollider.org/
[19] IPPOG. (2022). International Particle Physics Outreach Group. Obtenido de https://ippog.org/
[20] Ruiz Jimeno, A. y col. (2022). Divulgación en física de partículas: “international masterclasses” concurso “CERN-Beamline” y el International Particle Physics Outreach Group. Brazilian Journal of Development, vol. 8, n.3.



Alberto Ruiz Jimeno.
Doctor en Ciencias Físicas.
Profesor Emérito Instituto de Física de Cantabria.
(IFCA, CSIC-Universidad de Cantabria).


Créditos Música:
205 3.21
Spirit Of The Dream by Keys of Moon | https://soundcloud.com/keysofmoon
Creative Commons / Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/



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