It
doesn't matter how beautiful your theory is, it doesn't matter how smart you
are. If it doesn't agree with experiment, it's wrong.
Richard P. Feynman.
Introducción.
Richard Feynman fue un personaje único: genio en la
física, excéntrico, alegre y con un carácter bastante particular. Con su
ingenio infinito, intuición endemoniada e imaginación inagotable, revolucionó
la física y sentó las bases de la teoría cuántica de campos. El trabajo
principal de Feynman está influenciado por otro genio de la física: Paul Dirac.
Un físico monstruoso cuyo pasatiempo era escribir ecuaciones de la física en
forma que fueran compatibles con la relatividad especial. El héroe de Dirac era
Einstein, y la inspiración de Einstein fue Maxwell.
Feynman aprendió mecánica cuántica con el libro de
Dirac, descubrió que había demasiadas incógnitas y se necesitaban nuevas ideas.
Dirac hizo todo lo que estaba en sus manos (que fue demasiado) para encontrar
la versión cuántica de la electrodinámica clásica de Maxwell, pero no dejaba de
ser una teoría incompleta. Aquí es donde Feynman entra en escena. Influenciado
profundamente por el artículo de Dirac “The
Lagrangian in Quantum Mechanics”, Feynman escribió toda una tesis doctoral
que reformularía la mecánica cuántica. Su trabajo titulado “Principles of Least Action in Quantum
Mechanics” logra cuantizar sistemas a partir de la descripción clásica del
mismo. Es decir, que, con elementos de mecánica clásica, uno es capaz de
encontrar amplitudes de probabilidad entre estados cuánticos.
La idea detrás de esto es muy simple: Consideremos
dos puntos A y B en el espacio, y un electrón que se mueve de A a B en un
tiempo inicial ti y un tiempo final tf. ¿Cuántas
trayectorias reales existen entre los puntos A y B? En mecánica clásica existe
una única trayectoria (aquella que satisface la segunda ley de Newton). Pero
¿Qué pasa en el mundo cuántico? Feynman demostró que cualquier trayectoria es
probable y cada una contribuye a la probabilidad de encontrar al electrón en el
punto B al tiempo tf partiendo desde el punto A al tiempo ti.
Todos los caminos contribuyen igual en magnitud, pero la fase de su
contribución es una función clásica conocida como acción. De esta manera,
Feynman lograba encontrar amplitudes de probabilidad (mundo cuántico) a partir
de la dinámica clásica del sistema (la acción).
Vale la pena mencionar que tanto la formulación de
Schrödinger, como la formulación de Heisenberg son equivalentes con el trabajo
de Feynman. Esto cambiaría por completo la física y daría origen a la teoría
cuántica de campos como se conoce hoy en día.
Mi encuentro con las “Lectures de Feynman” se
produjo durante mi época universitaria en la facultat de física de la
Univeristat de València. Mientras
estudiaba tercero de la licenciatura de física, y aprendía sobre física
cuántica, más tarde mecánica cuántica, teoría cuántica de campos, mi vida y mi
pasión por la física y en este caso la física de partículas y nuclear cambió.
Descubrí a Richard Feynman que fue un ídolo y modelo para mí a lo largo de los
años, por varias razones. En estas líneas les quiero contar una de esas
razones.
Fig. 1 Caltech puso a disposición del público todas las legendarias conferencias de Feynman en el sitio web llamado “The Feynman Lecutres on Physics” https://www.feynmanlectures.caltech.edu/
Cuando tenía 21 años leí “The Fyenman Lectures on
Physics”, tres tomos que recopilan los contenidos de las clases que dio en
Caltech a principios de la década de 1960. Podría decir que una parte de mi
pasión por la mecánica cuántica y la física de partículas surgió a través de
esa lectura. El otro día con mi pareja, que también es física y de partículas,
decidimos releerlas, leí el primer párrafo y ya me volví a quedar impactado.
Aquí va:
Si en algún
cataclismo fuera destruido todo el conocimiento científico y solamente pasara
una frase a la generación siguiente de seres humanos, ¿qué frase contendría el
máximo de información en el mínimo de palabras?
Me volví a quedar hipnotizado, y pensando un montón
de respuestas, incluso les invito a ustedes que las piensen y cambie
conocimiento científico por lo que están haciendo ahora mismo. De todas las
repuestas que pensé, como siempre, la que más me gusta es la respuesta que da
el mismo, que es:
Yo creo que es la
hipótesis atómica (o el hecho atómico, o como quieran llamarlo), que todas las
cosas están formadas por átomos, pequeñas partículas que están moviéndose todo
el tiempo, atrayéndose unas a otras cuando están cerca, pero repeliéndose
cuando se las trata de acercar aún más. En esta oración, verán ustedes, hay una
cantidad enorme de información referente al mundo, si se aplica solo un poco de
imaginación y pensamiento.
La respuesta es maravillosa, a mi entender, pero
para mí me parece menos interesante que la pregunta.
Mis
pasos en la investigación.
Nací en Elche, en 1973 en uno de los barrios más
humildes de España, el barrio de Carrús. Estudié en el colegio concertado
academia san José y luego en el IES Montserrat Roig, por entonces conocido como
el número 4. Justo en dicho instituto
gracias a mi profesor de Física y Química de segundo, empezó mi interés por la
física y por las matemáticas. Como se suele decir, es tan importante la labor
de los profesores/as, ya que un estudiante puede odiar y adorar una asignatura
según el profesor que tenga y la motivación que este o esta le inculque.
Me licencié en Física por la Universitat de València
en 1996, dentro de la especialidad de física fundamental y habiendo cogido
todas las asignaturas optativas relacionadas con la física nuclear y física de
partículas. Como he dicho anteriormente, en mi caso hubo un antes y un después
a estudiar la asignatura de física cuántica. Después realicé mi doctorado en el Instituto
de Física Corpuscular (IFIC), centro mixto Universitat de València-CSIC. Mi
tesis doctoral se centró por una parte en la construcción del calorímetro
hadrónico para la medida de energías de los “jets” de partículas y en la
búsqueda del bosón de Higgs en modelos teóricos enmarcados en la física más
allá del modelo estándar. Para ello me uní a la Colaboración ATLAS del CERN,
ubicado en la frontera entre Suiza y Francia.
Al finalizar los estudios de doctorado, fui
contratado durante 4 años en el Instituto de Física Corpuscular (IFIC), y
durante 3 años en el CERN con una beca Europa Marie Curie.
Posteriormente, en 2008, volví a la Universitat de
València con una plaza de profesor contratado doctor en el departamento de
Física Atómica, Molecular y Nuclear. En el año 2013, obtuve la plaza de
profesor titular y en 2020 conseguí la cátedra en el área de Física Atómica,
Molecular y Nuclear en dicho departamento.
Desde que conseguí la plaza de titular, soy profesor
y dirijo un grupo de investigación en el Instituto de Física Corpuscular, en
Valencia, financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación para investigar
sobre diversos aspectos de la física de partículas dentro del experimento ATLAS
del acelerador de partículas LHC del CERN.
Entre mis distinciones científicas más
sobresalientes, participé en los análisis de datos del detector ATLAS que dio
lugar, en julio de 2012, al descubrimiento del Bosón de Higgs, partícula predicha
por Peter Higgs que explica el origen de la masa y que ha supuesto un gran
avance en el conocimiento y en la física de partículas. Dicho trabajo se
publicó en la prestigiosa revista científica Nature, siendo uno de sus autores,
uno de los españoles involucrados y, seguramente, el único ilicitano. La
relevancia de tal descubrimiento se puede ver en que el CERN, donde sigo siendo
investigador asociado, recibió el Premio Príncipe de Asturias y Peter Higgs el
Premio Nobel en Física.
Fig. 2 El autor en su etapa postdoctoral, junto al experimento ATLAS y una colega.
Por último, destaca que, desde el año 2012, soy
vicepresidente de la Real Sociedad Española de Física (RSEF) dentro de la
división de Física Teórica y de Partículas y miembro la International
Collaboration Board (ICB) del experimento ATLAS del CERN, en representación de
Valencia.
La
divulgación científica.
Desde hace más de diez años, participó en las
Masterclasses Internacionales “Hands on Particle Physics para estudiantes de
secundaria, organizadas por el International Particle Physics Outreach Group.
Esta es una actividad divulgativa internacional que pretende estimular las
vocaciones científicas. Mi contribución explica la evolución de la participación
del IFIC en las Masterclasses haciendo hincapié́ en la organización de las
cuatro Masterclasses que el IFIC organiza todos los años.
La primera sesión tiene lugar junto con la celebración
del Día de la Mujer y la Niña en la Ciencia. Se organiza una masterclass
destinada a fomentar las vocaciones científicas para alumnas de 3º y 4º de la
ESO. La sesión se dedicada al experimento ATLAS del CERN y seguida de un
coloquio sobre el papel de la mujer en la ciencia. Las otras tres sesiones se
dedican a distintos grandes experimentos de física de partículas en los que el
IFIC tiene participación: los experimentos ATLAS y LHCb en el Gran Colisionador
de Hadrones (LHC) del CERN, y el experimento Minerva, en Fermilab.
Fig. 3 Clases magistrales de Física de Partículas en el IFIC.
En estas cuatro sesiones participan un total de alrededor de 280 alumnos y alumnas de 80 institutos de la Comunidad Valenciana. Cada sesión se precede de seminarios sobre física de partículas, el funcionamiento de un acelerador y de los experimentos cuyos datos manejaron los estudiantes. Estos eventos se celebran en 220 laboratorios de 55 países con más de 13.000 participantes en todo el mundo. Entre ellos, el IFIC es un centro pionero en la realización de esta actividad. Durante las jornadas los alumnos y alumnas de secundaria y bachillerato forman parte de la comunidad científica por un día experimentando una aproximación al trabajo del personal investigador de nuestro centro, esperando que les resulte atractivo y les anime a convertirse en parte de nuestros equipos en un futuro próximo.
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