De la inmensidad del Universo a los misterios del átomo, la física busca dar respuestas a fenómenos que podemos observar pero que aún no podemos explicar, como la cotidiana gravedad.

Conversamos con Paola Arias, doctora en física y académica de la Universidad de Santiago de Chile, sobre cómo se inspira en la naturaleza para abordar las diversas problemáticas que surgen en la investigación de las partículas subatómicas más allá del Modelo Estándar.

Mira acá el video de la entrevista

¿Qué es la física de partículas?

La física de partículas estudia la interacción de partículas subatómicas, como electrones y protones, incluso aquellas más pequeñas como el caso de los quarks que están dentro de los protones.

Las partículas subatómicas se dividen en fundamentales y compuestas, las primeras son aquellas que, si las tratamos de abrir, no encontraremos nada dentro.

En física, ¿qué es el Modelo Estándar y cuáles son los problemas que han surgido con él?

El Modelo Estándar de física de partículas fue generado en los años 60, en él se incluyen tres de las cuatro interacciones fundamentales; el electromagnetismo, la fuerza nuclear débil y la fuerza nuclear fuerte. Este modelo es súper exitoso para explicar las interacciones de las partículas que conocemos y que podemos ver y medir actualmente, modela bastante bien las observaciones que tenemos hasta ahora, pero pierde un ingrediente, que es unificar la gravedad. Además, tiene algunos problemas de naturalidad donde hay escalas de energía, escalas de masas, como por ejemplo, por qué la masa del electrón es tan diferente a la masa del Higgs, cosas de ese estilo. También le falta un ingrediente fundamental, un candidato a materia oscura. Con todas estas razones uno tiende a pensar que este modelo está incompleto y que hay extenderlo. 

Mi área de investigación se basa en buscar extensiones del Modelo Estándar a partir de la física de partículas, o sea incluir más partículas en este modelo. Dentro de ellas yo tengo dos candidatas, que son con las que más trabajo, unas son partículas escalares, que son como una especie de partículas de Higgs y la otra es lo que se llama un bosón vectorial, que es como el fotón. 

A estas partículas les vemos sus propiedades y cómo interactúan con las partículas visibles, a partir de esa interacción, tratamos de buscar cómo detectarlas, porque esas interacciones tienen que ser muy débiles, porque o si no ya las hubiésemos visto. 

Hay dos formas de esconder una partícula, una de ellas es cuando tiene una masa muy grande, entonces decae en otras cosas y no se ve, la otra posibilidad es que interactúe muy débilmente con la materia. Las partículas que yo estudio tienen esa propiedad, son muy débilmente interactuantes con las partículas que ya conocemos. 

Una vez que tenemos claras cuáles son sus propiedades, empezamos a someterlas a ciertos test, porque sabemos que el Universo tiene una historia y esa historia la conocemos bastante bien a partir del minuto tres posterior al Big Bang, entonces cualquier partícula que aspire a ser realmente una partícula que se encuentre en la naturaleza, tiene que pasar este test en el que tiene que reproducir bien todo lo que ha pasado desde el minuto tres desde el Big Bang.

¿Cómo ves tú la vinculación entre el quehacer propio de tu disciplina y la naturaleza?

Esa relación es sumamente estrecha, tal vez en el último tiempo se ha perdido un poco el contacto en sí, pero el ejemplo más clásico es Newton y la manzana, siempre tienes que observar la naturaleza para hacer una teoría física y eso ha pasado a lo largo de la historia, desde la física clásica, la termodinámica, que provocó la revolución industrial, hasta la mecánica cuántica. 

Siempre que observamos un fenómeno vemos como lo podemos describir con la física que tenemos hasta ahora, si no es posible describirlo, como lo que ocurre con el Modelo Estándar, donde hay observaciones que parecen no encajar muy bien, como lo de la materia oscura, entonces necesitamos extender el modelo o ponerle otros componentes y siempre estamos amarrados por el experimento, o sea uno puede proponer una teoría muy bonita o muy compleja, pero siempre tiene que pasar el experimento.

Desde la física, ¿qué estructuras o procesos presentes en la naturaleza han inspirado soluciones o formas de abordar determinados problemas?

Un ejemplo muy potente es el sol, que lo observamos todos los días, que brilla, que tiene una vida media y que los estudios indican que debería seguir brillando un montón de tiempo más. Sin embargo, nuevas partículas ligeras podrían, cambiar la vida media del sol, o sea harían que el sol se extinguiese si es que se acoplan muy fuertemente con los fotones, acortando su vida media a la mitad de lo que observamos hasta ahora, o que ya se hubiese extinguido. El sol nos permite entonces restringir algunos modelos de física de partículas.

¿Por qué considerarías tú que es importante el tema de la divulgación científica?

Me parece fundamental que como sociedad sepamos del avance científico y conozcamos de ciencia básica, la cual en unos años más se puede llegar a transformar en tecnología, así ha sido hasta ahora el avance científico, siempre algo parte como ciencia básica y luego se encuentran aplicaciones tecnológicas. 

Por otra parte, muchas personas pueden ser reacias a la física o a la matemática, porque la ven como algo muy abstracto y que sólo sirve para hacer cálculos y no para explicar la naturaleza, lo cual no es así, ya que la física puede complementarse con la biología, con la química, y hacía allá apunta hoy en día la ciencia, a ser más extensiva y no tan parcelada. 

Además, desde el punto de vista informativo, es importante que los ciudadanos conozcan en que se están ocupando los recursos que el país destina a investigación.