Ocho años más tarde, cuando ya era hora de que me fuera a la facultad, mis padres decidieron que debería hacerlo en Estados Unidos. Mi viaje a Cambridge se inició cuando me dejaron en la estación de tren Santa Maria Novella de Florencia y agité la mano diciendo adiós. El sistema de tren de Italia, La Ferrovie dello Stato, me transportó hasta un barco en Le Havre, que a su vez me transportó a Nueva York. Otro tren me dejó en Boston. Con una maleta abultada en la mano, viejé en metro desde la South Station hasta Harvard Square.
Aún recuerdo mi conste ación cuando, esperando hallar el ento o acogedor que había visto en fotos, salí del metro para ver nada más que tránsito y las tiendas ocupadas en sus quehaceres. Tímidamente le pregunté a un transeúnte mayor, de aspecto profesoral, sobre la ubicación de Harvard. Él respondió: "Debes ser estudiante de primer año. Camina unos pasos hacia adelante, gira a la derecha, y verás un portón. ¡Entra por él!". La vista de la prometida Harvard Yard me dio confianza. Una habitación en el patio interior también era un buen augurio. Pero pronto recibí otro choque, aunque de menor importancia: el uso de chaqueta y corbata era obligatorio en todas las comidas. Vine equipado con la primera, pero no tenía ninguna corbata. Dado que esto significaba quedarse sin comida, inmediatamente fui a comprar una de la variedad que tiene un clip, para no tener que aprender a atar el nudo.
Durante mi primer año en la facultad escribí una vez a la semana a casa, diligentemente, informando sobre los progresos que estaba haciendo, pero disimulando algunas de mis dificultades para adaptarme. Con el tiempo hice amigos cercanos, muchos de los cuales estaban luchando con los mismos problemas. Mi objetivo académico inmediato era aprender física, la materia que había elegido. Eso no resultó tan sencillo como comprar una corbata: yo no era el genio que esperaba ser. Sin embargo, después de cuatro años de esfuerzo serio, fui aceptado por buenas escuelas de postgrado y elegí ir al Instituto Tecnológico de Massachusetts (el MIT). Esa elección se debió en gran parte a Francis Low, un profesor de física de río abajo que vino para dar una serie de conferencias iluminadas en Harvard en mi último año. Aunque yo no entendía mucho de lo que estaba exponiendo, los estudiantes graduados de Harvard y los profesores prestaban mucha atención a las ecuaciones que escribía en el pizarrón y el modelo intrigante de dispersión Chew-Low que estaba presentando. Todo sonaba interesante; hablé con mi asesor de la facultad, que estuvo de acuerdo en que ir al MIT parecía una buena idea. Al tener poca aptitud mecánica, también decidí que iba a tratar de convertirme en un físico teórico.
En noviembre de 1959, mi primer año en la escuela de postgrado, oí que Owen Chamberlain y mi tío Emilio, un físico experimental, habían ganado el Premio Nobel de ese año en Física por su descubrimiento del antiprotón. La existencia de partículas de antimateria -idénticas al electrón y el protón en cuanto a masa pero con carga eléctrica opuesta- ya la había propuesto Paul Dirac casi 30 años antes, como resultado de un intento de combinar la mecánica cuántica con la teoría especial de la relatividad en una sola ecuación hermosa. Inicialmente, la mayoría de los físicos consideraron esta idea como sumamente especulativa, pero el descubrimiento del antielectrón (también conocido como positrón) en 1932 demostró que Dirac tenía razón. Se necesitó de otro cuarto de siglo para encontrar antiprotones porque su producción en el laboratorio requería aceleradores de partículas potentes, que no estuvieron disponibles hasta el final de la década de los 50. A diferencia del descubrimiento del antielectrón, que había llegado como un shock y una sorpresa, la prueba del antiprotón se esperaba. Pero fue una confirmación crucial de las ecuaciones que los físicos teóricos estaban utilizando entonces como herramientas comunes.
nYa en el año 1959, me pregunté si el Premio Nobel de mi tío auguraba que yo estaba haciendo la elección correcta. Pensé que si él podía tener éxito en la profesión, tal vez yo también. Por otra parte, mi tío estaba fijando un nivel increíblemente alto. Mi padre trató de animarme al escribirme que, con o sin premio, es mejor ser un físico teórico que uno experimental, como mi tío. Sus motivos para llegar a esta conclusión eran oscuros en el mejor de los casos; él era un profesor de historia antigua y no sabía casi nada sobre el meollo de la física. No pude evitar pensar que su criterio podría tener más que ver con la relaciones lamentablemente tensas entre los dos hermanos que con cualquier otra cosa.
Sea como sea, el campo que elegí -la física de alta energía, a menudo llamada física de partículas elementales- parecía especialmente prometedora, y me sentí feliz con la elección. La interacción entre la teoría y la experiencia fue especialmente emocionante. Los experimentadores estaban encontrando resultados sorprendentes, y los teóricos proporcionaban las explicaciones poco después. En otros casos, los teóricos hacían las predicciones que se demostraban rápidamente o se refutaban mediante los experimentos ingeniosos. El ejemplo más obvio en ese momento fue el análisis de Tsung-Dao Lee y Chen Ning Yang, sobre cómo una reacción y su imagen especular podían distinguirse una de la otra, una violación de la llamada simetría de paridad. Su conjetura de 1956 se confirmó rápidamente, y se les otorgó el Premio Nobel tan sólo un año más tarde, en 1957.
Además, se ponían en funcionamiento aceleradores cada vez más grandes, produciendo partículas nuevas, y a menudo inesperadas, a una tasa prodigiosa. Murray Gell-Mann fue el pionero en intentar agrupar estas entidades nuevas en familias, con miembros relacionados entre sí por consideraciones de simetría. Y sólo tenía 30 años, la misma edad que tenía Lee cuando recibió el Premio Nobel. Se trataba de un campo nuevo con nuevos líderes. Yo estaba empezando a pensar que la situación podría ser como el anterior desarrollo de la mecánica cuántica, cuando Wolfgang Pauli, We er Heisenberg y Dirac habían creado toda una revolución en su veintena. Como yo sólo tenía 21, existía la esperanza de que podría ser protagonista dentro de unos años si tuviera la capacidad necesaria.
Cincuenta años más tarde, veo ese momento de un modo diferente. No me veo entrando a un campo que emerge rápidamente, sino en un punto medio de un gran arco que abarcó un siglo que se extiende desde los primeros experimentos de dispersión de E est Rutherford hasta el Gran Colisionador de Hadrones del CERN; desde un ejercicio de investigación aparentemente sin importancia llevado a cabo por dos estudiantes, hasta un proyecto inte acional con la participación de miles de científicos en una búsqueda que duró una década para construir una máquina de miles de millones. A pesar de que el principio era simple, el punto final es probablemente el experimento más sofisticado a nivel tecnológico que jamás se haya intentado.
Llamé a esta búsqueda a lo largo de este siglo un arco, pero un ascenso puede ser una metáfora más apropiada, ya que nos hemos movido de manera constante en el transcurso de estos cien años hacia experimentos más y más grandes. Por otro lado, también hemos estado descendiendo, sondeando materia a escalas cada vez más pequeñas: desde el átomo al núcleo a los protones y neutrones a los quarks y, por último, a lo que sea que viene a continuación. Hago mi entrada en el campo, no sólo en un punto medio cronológico sino también en uno de organización. Un momento en que un grupo universitario individual todavía podría crear un experimento exitoso, cuando los ordenadores se encontraban en sus inicios y los análisis tardaban días.
Tal vez uno debería comenzar la historia hace 113 años, cuando Henri Becquerel descubrió la radiación procedente de los minerales de uranio, lo que indicaba la presencia de una nueva fuente de energía, más poderosa que cualquiera conocida entonces. Dos años más tarde, Marie Curie y su marido, Pierre, publicaron su descubrimiento de que la radiactividad es una propiedad atómica del uranio y de otros materiales. No pasó mucho tiempo antes de que Rutherford, un joven neozelandés que trabajaba en Cambridge (Inglaterra) encontrara que esta radiación tenía dos componentes, y los llamó rayos alfa y rayos beta. Pero ubico el inicio del arco en 1909, cuando dos jóvenes físicos que trabajaban para Rutherford, por entonces un profesor establecido en Manchester, comenzaron un tipo nuevo de experimento a raíz de su insistencia. Bombardearon una fina lámina de oro con partículas alfa, los elementos constitutivos de los rayos alfa, como los que Rutherford descubrió una década antes. Desde ese experimento revolucionario, los físicos han estado bombardeando partículas cada vez más enérgicas contra objetivos cada vez más sofisticados. Los medios han cambiado en el transcurso del siglo, pero el objetivo de sondear los componentes de la materia a escalas más pequeñas no.
nFue en 1911 cuando Rutherford se dio cuenta de lo que implicaban los experimentos de Manchester: el átomo, en contra de las creencias imperantes, estaba compuesto de electrones que se desplazan alrededor de un punto minúsculo, masivo. Al año siguiente utilizó el término núcleo para describir ese punto. Si bien suele medir poco más de la cien milésima parte del radio del átomo, el núcleo, sin embargo, contiene prácticamente toda su masa.
Veinte años más tarde, con un sondeo más profundo, los físicos descubrieron que el núcleo está compuesto de protones y neutrones, supuestamente unidos por una fuerza anteriormente inimaginable. Cuarenta años después, se dieron cuenta de que, a su vez, los protones y neutrones constan cada uno de tres quarks. Este año, cuando el Gran Colisionador de Hadrones comience a funcionar en su totalidad, vamos a dar el siguiente paso en el camino. Uno cuya progresión Abraham Pais, un físico e historiador, ha descrito en un libro acertadamente llamado Yendo hacia adentro (Inward Bound).
Las primeras familias de la física
Durante el transcurso de arco que dura un siglo, la energía de los proyectiles empleados ha aumentado por un factor de un millón, el coste de los aparatos necesarios de unos pocos cientos a miles de millones de dólares, y el tamaño de los equipos trabajando en un experimento típico de dos o tres a centenares. Pero esta historia es mucho más que simplemente una de máquinas más grandes y gastos mayores. También es el cuento de las personas que lograron este crecimiento extraordinario: personas vinculadas entre sí, a veces por sangre o matrimonio (como yo mismo puedo atestiguar, con un montón de parientes en lo que a veces de broma llamo "el negocio de la familia"), en todos los casos por objetivos comunes.
Tenía una imagen romántica del campo, cuando me sumergí en él hace 50 años, pero esa imagen se moderó al conocer algunas de las amargas disputas que han surgido a lo largo del camino. (Dos de mis primeros héroes, Lee y Yang, que un día estuvieron unidos como hermanos, no se hablaban desde hacía décadas). Sin embargo, mientras que ahora veo las verrugas, también tengo un mayor aprecio por el apoyo y afecto, tan comunes en la comunidad de la física. Los grandes laboratorios, como el de Cavendish en Cambridge, el Instituto Curie de Radio y el Instituto Niels Bohr de Física Teórica, a menudo fomentaron sentimientos quasi familiares, en ocasiones intensificados por la imagen de un padre y un hijo trabajando codo a codo.
Un ambiente familiar existía sin duda cuando presidía Rutherford. Al final de la Primera Guerra Mundial, se fue de Manchester. Joseph John Thomson, que había recibido el premio Nobel en 1906 por descubrir el electrón, decidió dimitir del profesorado Cavendish de Cambridge, un cargo que mantuvo durante 35 años. Rutherford que estaba entonces en la cima de sus poderes, fue su sustituto natural. Aceptó, y en los siguiendes 15 años el Laboratorio Cavendish, bajo su liderazgo, fue el complejo de investigación de física nuclear más importante del mundo.
En el Cavendish, Rutherford era jovial pero severo cuando era preciso, siempre alentando al grupo que él llamaba "sus muchachos". Bohr escribió una vez de él: "Por modesto que fuera el resultado, una palabra de aprobación de él era el mayor estímulo que cualquiera de nosotros podría desear". No cabía duda de quién era el 'padre' y quien tenía la última palabra, pero la intuición de Rutherford era formidable y su juicio excelente, y nunca le amenazaron las sugerencias de otros. Comenzaba su jo ada revisando las novedades de la física con el asistente jefe del laboratorio, James Chadwick, quien había trabajado junto a Rutherford desde antes de graduarse en Manchester antes de la Primera Guerra Mundial. Después, Rutherford caminaba por el laboratorio, haciendo sugerencias. Cuando había resultados preliminares disponibles, se sentaba en un taburete cerca del lugar de trabajo del experimentador de laboratorio, sacaba un lápiz de su chaleco y comprobaba si los datos parecían correctos. Ahora, las restricciones del laboratorio parecen arcaicas: puertas que se cerraban puntualmente a las 18:00 horas, vacaciones obligatorias y un espíritu prevaleciente de que deberías construir tu propio equipo (sin que fuera demasiado caro). Visto a través de la óptica actual, el comportamiento de Rutherford fue pate alista. Pero no había resentimiento.
Ningún experimento en el Cavendish sería más influyente que el descubrimiento del neutrón por parte de Chadwick en 1932. Inaugurando la era mode a de la física nuclear, fue un triunfo para los muchachos de Rutherford, y marcó el inicio de un período en el que los experimentadores recuperaron la ventaja sobre teóricos como Bohr, Heisenberg y Schrödinger, que dominaban desde que Rutherford había descubierto el núcleo 20 años antes.
nLa composición del núcleo había sido un enigma desde aquel descubrimiento sorprendente. Se sabía, por ejemplo, que un átomo de oxígeno tenía ocho electrones en to o a un núcleo que contenía ocho protones, pero la masa del átomo parecía indicar la presencia de 16 protones, el doble del número esperado. Se creía que los núcleos contenían protones adicionales ligados fuertemente a los electrones mucho más ligeros, neutralizando así sus cargas. Pero esto no parecía tener demasiado sentido: ¿cómo era posible que a veces hubiera electrones dentro del núcleo, si generalmente estaban bastante lejos de él? Una explicación alte ativa, que Chadwick y Rutherford sospechaban desde hacía tiempo, era la existencia de una partícula con una masa muy próxima a la del protón pero sin carga eléctrica. Como era de esperar, sobre la base de los cálculos de la masa, el núcleo de oxígeno contenía ocho de estos neutrones recién nombrados, junto a los ocho protones.
El descubrimiento de Chadwick le ganó a la competencia del otro lado del Canal de la hija de Madame Curie, Irène, que había formado un dúo formidable de investigación con su marido, Frédéric Joliot. Irène y Frédéric tuvieron el Premio Nobel de Física al alcance de la mano dos veces, después de haber podido observar por primera vez tanto el positrón (la antipartícula del electrón) como el neutrón. Cada vez, identificaron erróneamente sus observaciones y vieron como el premio se destinó a otros. Siguieron adelante a pesar de estas decepciones y, en enero de 1934, los Joliot-Curie anunciaron la primera instancia de radiactividad inducida artificialmente, un resultado que tendría enormes repercusiones para la medicina, así como para la ciencia pura. Todos se mostraron satisfechos cuando, en 1935, Chadwick recibió el Nobel en física y el premio de química fue para la joven pareja francesa.
Los vínculos familiares literales no terminan con los Curie. William Lawrence Bragg, el sucesor de Rutherford como profesor en Cavendish, ha compartido el Premio Nobel 1915 de física con su padre, William Henry Bragg, por su estudio de la estructura cristalina por medio de los rayos X. El predecesor de Rutherford, también vio a su hijo recibir un Nobel, aunque 31 años después del propio: curiosamente, Joseph John Thomson fue citado por descubrir que el electrón es una partícula, mientras que George Paget Thomson recibió el premio por demostrar que el electrón es una onda. Los entendidos reconocen esta contradicción aparente como una confirmación de uno de los principios fundamentales de la mecánica cuántica: que un electrón (así como un fotón) es una partícula y una onda, aunque las dos manifestaciones no se pueden detectar de manera simultánea. La naturaleza de la partícula de radiación explica el efecto fotoeléctrico y la naturaleza ondulatoria de los electrones ha permitido el desarrollo de los microscopios de longitud de onda corta , que llevan su nombre.
El principal responsable de desarrollar la teoría de la dualidad onda-partícula es Niels Bohr, un físico teórico cuya carrera fue formada en forma crítica por una estancia en 1912 con Rutherford en Manchester. Un vínculo de afecto profundo se forjó entre el científico establecido y el joven danés, que más tarde se refirió a Rutherford como un segundo padre, e incluso llamó E st a uno de sus hijos. Aunque Rutherford intentó más de una vez que Bohr se uniera a su familia profesional -primero en Manchester y luego en Cambridge- el compromiso de Bohr con su país natal (Dinamarca) no podía romperse. Sin embargo, los dos mantuvieron un vínculo basado en sus intereses comunes por la física y sus áreas de conocimiento complementarias. Al abordar los problemas del átomo y más tarde del núcleo, Rutherford recurrió a Bohr como guía en cuestiones teóricas y Bohr a Rutherford por la importancia de los experimentos (aunque su correspondencia frecuente atestigua que ninguno dejó de criticar las conclusiones del otro).
En Copenhague, Bohr modeló su estilo de trabajo basándose en el de Rutherford, adaptándolo a la búsqueda de problemas teóricos. Al igual que en Cambridge, lo ideal era rodearte de jóvenes y seguir su trabajo en un nivel casi diario, mientras que realizas el propio. A tal fin, Bohr fundó el Instituto de Física Teórica en 1921. Llevando el concepto de familia aún más allá del laboratorio de Rutherford, estaba ubicado en un único edificio de tres pisos que constaba de una sala de conferencias, una biblioteca, un espacio de trabajo para los jóvenes físicos, una cafetería y un apartamento en la planta superior para Niels y Margrethe Bohr y sus hijos. Uno de los niños que se crió allí, Aage Bohr, sucedió a su padre como director del Instituto de Física Teórica y, en 1975, ganó su Premio Nobel de física.
Fue en esta institución que surgió la interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica, el conjunto de reglas para la que es probablemente la revolución más grande del siglo 20 de la ciencia física.
nEl tío Emilio se va para Berkeley
Mientras todo esto estaba pasando, mi padre, Angelo, se estaba estableciendo como profesor de historia antigua. Había oído hablar de los grandes avances de la física, principalmente, mientras que pasó tres años fuera de Italia a principios de los años 20, uno en Viena y dos en Munich. Aunque no comprendía plenamente los logros de los físicos, se percató de la emoción en to o a los descubrimientos y sintió, con cierto pesar, que el futuro les pertenecía. A pesar de su carrera muy respetable como historiador, creo que no había nada que admirara más que la ciencia, y la física en particular.
Por herencia familiar, mi padre estaba destinado a hacerse cargo del funcionamiento de la fábrica de papel propiedad de su padre en Tivoli, una ciudad hermosa y antigua cerca de Roma, pero no había mostrado inclinación o aptitud para esa tarea. Afortunadamente, su hermano un poco menor, Marco, tenía ambas, así que mi padre era libre de hacer otra cosa. Como los judíos italianos consideraban lo académico como un camino claro para avanzar, no es sorprendente que el otro hermano de mi padre (mi tío Emilio) también se convirtiera en un profesor. A veces pienso que estos dos hermanos, uno nacido en 1891 y el otro en 1905, pertenecían a dos generaciones diferentes: uno jamás aprendió a conducir un coche, y el otro fue el primero en su grupo de amigos que tuvo uno. Sin embargo, también veo lo muy parecidos que eran, y me doy cuenta de que a pesar de sus diferencias, cada uno mantuvo un interés vivo por el trabajo del otro.
Sospecho que mi padre sentía en un cierto nivel que había fracasado dos veces: primero por no administrar la fábrica de papel de su padre y segundo por no convertirse en un científico. Pero tal vez pensó que podía recuperar parte de sus pérdidas al tener hijos que se convirtieron en físicos. Y ambos lo hicieron. No sé qué mensaje le dio a mi hermano, pero cuando yo era un adolescente me encausó hacia ese futuro en términos inequívocos. Según él, la física teórica era la mejor profesión posible, porque "tendrás la capacidad de diferenciar lo correcto de lo equívoco, y no tendrás que hablar con nadie con quien no quieras hablar". Yo no estoy tan seguro de que tuviera razón en alguna de ambas cosas, pero seguí su directiva y no me arrepiento. Sin embargo, me estoy adelantando.
Aunque mi padre ya era un fanático de la física, las noticias de su hermano a finales de 1920 habían ganado su admiración por el tema. Emilio había entrado en la Universidad de Roma, como estudiante de ingeniería y probablemente hubiera seguido ese camino si su vida no hubiera cambiado a principios de 1927, cuando iba a cumplir 22 años. Un compañero de estudios, el hijo de un matemático, le dijo a Emilio que un supuesto genio llamado Enrico Fermi había sido seleccionado, con sólo 26 (una edad inédita para un nombramiento en Roma), como nuevo presidente de la física teórica. Por otra parte, ya que aparentemente no había más estudiantes interesados en la física en Roma, estaba buscando reclutas. Mi tío y su buen amigo Edoardo Amaldi, quien después fue el líder de la física italiana terminada la Segunda Guerra Mundial, fueron los primeros en responder a la llamada.
Las hazañas subsiguientes del creciente grupo de Roma fueron notable en términos absolutos, pero aún más importantes para Italia, que consideró, correctamente, que estaba a la zaga de sus vecinos del norte en cuanto a investigación científica. Los italianos todavía están orgullosos de los logros del grupo y aún hoy seconsidera a Fermi como el único verdadero genio de la física que el país produjo en el siglo 20. También es discutiblemente el único físico del siglo 20 de cualquier país que ha logrado la verdadera grandeza de ser a la vez teórico y experimentador.
La fama temprana de Fermi se basó en sus logros como teórico, y tal vez de modo más conocido por su explicación de un antiguo misterio: la descomposición nuclear que implicaba la emisión de un electrón. Este fenómeno parecía violar el principio base de la física sobre la conservación de la energía. Además, ¿cómo era posible que un electrón pudiera emitirse desde el núcleo cuando presuntamente para empezar no había ninguno allí? A finales de 1933, Fermi fue de vacaciones a esquiar con unos pocos miembros de su grupo. Los convocó a su habitación en el hotel y, según recuerda mi tío, les dijo que había resuelto el problema. Esta fue probablemente la pieza de trabajo más importante que jamás había hecho, comentó, y bien podría ser la más importante que hiciera. Basándose en una idea de Wolfgang Pauli, procedió a explicar su visión, mostrándoles cómo un nuevo tipo de interacción permitiría que al descomponerse un neutrón se transformara en un protón, un electrón y una partícula muy ligera -todavía no observada- que carecía de carga eléctrica. Los dos últimos se escaparían del núcleo al mismo tiempo, y la partícula neutra se llevaría la energía aparentemente faltante. Para distinguir la nueva partícula del neutrón masivo (neutrone en italiano), le dieron el nombre de neutrino.
nEl trabajo más notable de Fermi como experimentador también comenzó alrededor de finales de 1933, cuando se dio cuenta de que el neutrón recientemente descubierto proporcionaba los medios para un nuevo tipo de proyectil en los experimentos tipo Rutherford. Los protones o partículas alfa, utilizados hasta ese momento, tenían que tener energías relativamente altas para introducirse en un núcleo, ya que la meta con carga eléctrica y el proyectil se repelían mutuamente. Un neutrón, por otra parte - incluso uno lento - podría ingresar libremente en un núcleo, porque carecía de carga eléctrica. Fermi, su viejo amigo Franco Rasetti, y algunos asistentes - incluyendo, por supuesto, a mi tío y Amaldi - rápidamente comenzaron un estudio de varios años de tales reacciones, produciendo muchos descubrimientos nuevos e importantes acerca de cómo se comportan los núcleos.
La empresa llegó a su fin cuando Italia aprobó las leyes raciales en 1938. Fermi, al darse cuenta de que su familia estaba en peligro (su esposa, Laura, era judía), se fue a Estados Unidos en diciembre de 1938 - saliendo de Estocolmo, donde acababa de recibir un premio Nobel en reconocimiento a su labor pionera con la dispersión de neutrones. Su grupo de la Universidad de Roma se disolvió.
Mientras Fermi salía de Italia, dos químicos alemanes, Otto Hahn y Fritz Strassmann, descubrieron un resultado curioso al bombardear uranio con neutrones. Lise Meitner, antigua colaboradora de Hahn, que se había visto obligada a huir de Alemania unos meses antes porque era judía, ayuda a explicar lo que sería un descubrimiento fundamental. Durante un paseo en la víspera de Navidad de ese año, ella y su sobrino físico Otto Frisch (familia) se dieron cuenta de que los núcleos de uranio probablemente se había dividido en dos piezas a medida que absorbían un neutrón, un proceso que llevaría necesariamente a una gran liberación de energía. Dos semanas más tarde, Frisch acuñó el término fisión nuclear para describir lo que había sucedido en el experimento Hahn-Strassmann. También quedó claro que si se liberaban neutrones adicionales durante la fisión, podría ocurrir una reacción en cadena. El primer caso de un evento controlado, guiado por Fermi, tuvo lugar en una cancha de pelota paleta en la Universidad de Chicago en diciembre de 1942. Poco después, Fermi y otros muchos, entre ellos mi tío, se trasladaron a Los Alamos para trabajar en el desarrollo de una reacción en cadena mucho más grande: la bomba atómica.
Mi familia dejó Italia poco después que se fueron los Fermi - en nuestro caso, supuestamente para visitar la Feria Mundial de 1939 en Nueva York. En aquel entonces yo sólo tenía siete meses de edad. Mi hermano de siete años podría beneficiarse con la experiencia, el cónsul de Estados Unidos en Florencia sugirió cortésmente que solicitáramos visas, ¿pero acaso no era demasiado joven yo? Mi padre respondió que los niños judíos ahora se estaban interesando mucho por ese tipo de eventos a una edad muy temprana. Afortunadamente, el cónsul – conociendo nuestra intención de permanecer en Estados Unidos si era posible - tuvo sentido del humor y una abundante dosis de caridad.
Emilio dejó Italia en el verano de 1938. Su éxodo se lo llevó a Berkeley, Califo ia, un lugar que había visitado en el verano dos años antes. Estaba descubriendo con gratitud que la familia de la física estaba creciendo rápidamente del otro lado del Atlántico y les daba la bienvenida a refugiados procedentes de Europa. El Laboratorio de Radiación de E est Lawrence en Berkeley estaba en el proceso de reemplazar al Cavendish de Cambridge como el gran laboratorio de física nuclear del mundo. En cierto modo Lawrence era tan pionero como Rutherford. Uno se crió en Nueva Zelanda como hijo de inmigrantes y asistió a la Canterbury College local. El otro, nieto de inmigrantes, fue criado en Dakota del Sur y estudió en la universidad de su estado. Ambos fueron líderes enérgicos y eficaces en las fases posteriores de sus vidas, pero sus objetivos y estilos eran diferentes. A Rutherford le gustaban los experimentos de bajo costo que podrían caber en un banco de trabajo. Lawrence, un recolector de fondos y empresario entusiasta, estaba interesado en construir ciclotrones más grande y mejores, máquinas capaces de acelerar partículas a energías mucho mayores que cualquier cosa que podría lograrse en el laboratorio de Rutherford. En la realización de su sueño, Lorenzo hizo un amplio uso de la inventiva de Estados Unidos y de su poder económico nuevo.
Rutherford creía en construir los aparatos que requería la física. Pero la filosofía de Lawrence fue diferente: el pensaba, construye máquinas y la física las seguirá. Este fue un punto decisivo en el arco de la física del siglo 20. Ya no sería posible que unos pocos individuos simplemente salieran y recolectaran las herramientas necesarias para un experimento que estaba previsto. La era de la física a lo grande había comenzado.
nChadwick había descubierto el neutrón en febrero de 1932. Dos meses más tarde John Cockroft y E est Walton, alentados por Rutherford y por George Gamow, un protegido de Bohr, lograron inducir la desintegración nuclear mediante el bombardeo de núcleos de litio con protones acelerados. Este sería el último experimento de física ganador del premio Nobel en el antiguo Laboratorio de Cavendish. En cuestión de meses, Lorenzo había duplicado su resultado con su ciclotrón y luego siguió adelante rápidamente. En 1939, el año en que fue galardonado con el Premio Nobel por desarrollar ese aparato, Lawrence planificaba la cuarta versión, la más grande – una con una cámara de 467 centímetros y un imán de miles de toneladas de peso. Su sucesor eventual, el Bevatron, empezó a funcionar en 1954. El nombre provenía de su capacidad para acelerar partículas a energías de hasta miles de millones de electronvoltios, mil veces mayor que los logrados por el primer ciclotrón. El descubrimiento del antiprotón, un año más tarde, gracias a las colisiones de alta energía que posibilitó el Bevatron, fue su primer gran éxito (y la razón del Nobel de tío Emilio).
Sin embargo, el apogeo de la física de Berkeley pronto acabaría, al igual que había pasado la de Cavendish. Sondear la estructura de los neutrones y protones requeriría haces de energía mayor, y esto significaba aceleradores de partículas incluso más grandes y más caros. Dado que era cada vez más claro que ninguna institución individual podía darse el lujo de construir las máquinas nuevas ni tener el plantel para ellas, los consorcios ya se habían comenzado formar para planificar crearlos. Un grupo de universidades en la región oriental de Estados Unidos unieron fuerzas en 1947 para construir un acelerador en Long Island. El resultado fue el Cosmotron del Laboratorio Nacional Brookhaven, que comenzó a funcionar en 1952. Las naciones principales de Europa hicieron sus propios planes, reacios a quedar atrás, aunque la Segunda Guerra Mundial los había dejado empobrecidos. Ellas se unieron en 1954 para fundar el CERN, la Organización Europea para la Investigación Nuclear (la sigla viene del francés Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire), en Ginebra, Suiza. Su primer acelerador de partículas comenzó a funcionar en 1957.
Haciendo mis petates para Suiza
Tenía en mente estos avances cuando decidí cómo utilizar los dos años de beca postdoctoral que me había sido concedida por la Fundación Nacional de Ciencias después de completar mi tesis doctoral en 1963. CERN parecía ser la elección natural. Una estancia allí me permitiría ver más a mis padres y, de alguna manera, volver a conectarme con la Europa que había dejado atrás. Tomé la decisión sin vacilar, aunque el CERN, que aún no había hecho grandes descubrimientos, parecía sufrir de un complejo de inferioridad con respecto a sus rivales en los Estados Unidos. Los espíritus, sin embargo, fueron briosos, como comprobé a mi llegada. Además, el director general del laboratorio, Victor Weisskopf, fue una presencia inspiradora y familiar para mí porque había sido profesor en el MIT. Weisskopf, quien llegó al CERN en 1961, parecía representar una gran fusión de la antigua tradición europea y la nueva actitud estadounidense de se puede hacer.
Aunque sólo estaba a mediados de sus 50 años, Weisskopf había trabajado con personas como Bohr y Pauli durante el apogeo de la mecánica cuántica y los inicios de la física nuclear. Después de llegar como inmigrante a los Estados Unidos desde Europa hacia finales de su veintena, había sido un participante activo en el proyecto de la bomba atómica y después había ayudado a desarrollar el MIT como un centro para la enseñanza y la investigación de la física. Ahora parecía ser la persona adecuada para dirigir el CERN en su transición a la eminencia mundial. Weisskopf también trató de volver a crear, en un ento o completamente diferente y mucho mayor, algo de la atmósfera con que se había beneficiado en Copenhague 25 años antes. Refiriéndose a Bohr en su autobiografía, expresa, "Desde el principio hizo la más profunda impresión en mí. Él era mi padre intelectual". Y Weisskopf trató de transmitir parte de este mismo sentido de familia a los científicos jóvenes del CERN - hablando informalmente sobre la física los lunes por la tarde, nos invitaba a su casa de Ginebra, y siempre haciendo hincapié en la maravillosa empresa de la que formábamos parte, lo afortunados que éramos de poder trabajar sobre el grande y hermoso problema de la física.
nNi el ascenso del CERN hacia el éxito fue fácil, ni los Estados Unidos se habían detenido. Con el pionero en 1968 del Laboratorio Nacional del Acelerador (que ahora se denomina Fermilab), los físicos de Estados Unidos estaban planeando una máquina capaz de acelerar los protones hasta casi 10 veces la energía que alcanzó en Brookhaven, un nivel competitivo con cualquier cosa que alcanzara Europa. Pero el CERN perseveraba, y dentro de una década de mi llegada, anunció su primer descubrimiento verdaderamente importante. Hay un viejo adagio en física que "los descubrimientos de ayer son las herramientas de hoy y los eventos del trasfondo de mañana". En 1933 los físicos estaban bastante seguros de que nunca serían capaces de detectar un neutrino dispersado por otra partícula. Para 1973 el CERN tiene un haz de neutrinos que hizo posible estudiar los detalles de una fuerza recién identificadas que actuaba sobre estas partículas y sobre los electrones y protones. Este fue un gran avance. Pasaría otra década antes de que el CERN anunciaría su avistamiento triunfal de la partícula que mediada esta fuerza, llamada comúnmente el bosón Z. Su descubrimiento era otro ejemplo de la ida y vuelta entre la teoría y la experimentación que ha caracterizado todo el arco de un siglo de largo. Los teóricos habían predicho que el bosón Z sería 90 veces más masivo que un protón; por consiguiente, no sería directamente observado hasta que las máquinas fueran capaces de llegar a las energías necesarias para su producción. Cuando el Z apareció en 1983, con la masa prevista, el descubrimiento se convirtió en una de las piedras angulares en la creación de lo que se ha dado en llamar el modelo estándar de la física de partículas. El largo camino iniciado en 1909 ahora había llegado a una cumbre. Los elementos constitutivos del átomo y la naturaleza de todas las fuerzas entre ellos, finalmente parecían haber sido identificadas.
Por entonces ya hacía mucho tiempo que había dejado el CERN. En el verano de 1965 comencé un período de dos años de la designación post doctorado en Berkeley, que todavía era un poder en el mundo de la física de alta energía, aunque su impacto no era lo que había sido una vez. Una ventaja colateral de esta estancia en Califo ia, fue conocer a mi tío Emilio, ahora un profesor de alto rango en la universidad. Lo había visto muy poco mientras yo crecía porque mi padre y él siempre parecían estar en desacuerdo. Emilio, a quien nunca se conoció como una persona fácil de llevar, describió su relación de esta manera en su autobiografía: "Mi paciencia y tolerancia derivaban en parte de la estima que sentía respecto del gran intelecto de Ángelo, y en parte porque en varios aspectos, sentí que me asemejaba en cierta medida de él". Mi propia opinión era que, a pesar de las declamaciones de Emilio sobre la paciencia y la tolerancia para con mi padre, ninguno de ellos era un parangón de tales virtudes. Sin embargo, pasar tiempo con mi tío, ahora cerca de la jubilación, fue una gran ventana hacia la evolución de la física del siglo 20 y, sin la rivalidad de hermanos de por medio, una experiencia familiar totalmente placentera.
Mi padre fue un historiador que quería ser científico. Ahora lo vi a Emilio volcarse a la historia, en parte para examinar los eventos científicos de los que había sido testigo y en parte para describir la gente extraordinaria que había conocido y, con quienes a veces trabajó. En el transcurso de varios años había escrito Desde los Rayos X hasta los Quarks, una historia fascinante de cien años de la física desde la perspectiva de un participante. Leí el libro (en su versión italiana) cuando apareció en 1976, pero estaba demasiado involucrado en los hechos del día a día sobre establecer mi propia carrera como para analizarlo profundamente. Para entonces, yo era un profesor de la Universidad de Pennsylvania y estaba profundamente involucrado en los misterios del modelo estándar, regresé al CERN por un año por una beca del Guggenheim. Los europeos ahora están empezando a hablar de la construcción de un nuevo tipo de acelerador de partículas: uno que pudiera producir colisiones de electrones-positrones de muy alta energía, visto como ideal para el estudio de la descomposición del mesón Z. El Z, por supuesto, aún no había sido observado experimentalmente, pero su descubrimiento se preveía sobre bases teóricas, y la planificación tenía que empezar de inmediato, ya que construir un gran acelerador había tomado muchos años. Esta era la forma en que ahora funcionaba la física de alta energía: construir para lo esperado y para lo inesperado. El LEP (colisionador grande de positrones-electrones) se aprobó oficialmente en 1981. La construcción comenzó en 1983 y se terminó en poco más de cinco años; para finales de la década de los 80, el LEP, también conocido como la fábrica Z, estaba funcionando maravillosamente.
Estados Unidos tenía que actuar ahora si deseba seguir siendo competitivo. En 1993, el Congreso canceló la respuesta de Estados Unidos a la comunidad de físicos, el Súper-colisionador Súper conducente, después de un gasto inicial de $ 2 mil millones de dólares. Con esa acción, era evidente que el equilibrio del poder se estaba desplazando a Europa. Treinta años antes, yo había regresado a una Europa envidiosa del éxito de Estados Unidos por la construcción de aceleradores de partículas. Ahora era el tu o de Estados Unidos para estar envidioso. La finalización del Gran Colisionador de Hadrones simplemente subrayaba este cambio, aunque quiero hacer notar que el colisionador europeo no significa el fin de la participación de EE.UU. en la operación de dichas máquinas. En una era de cooperación científica mundial, uno se encuentra con personas de todos los países involucrados para garantizar el éxito de los experimentos de los aceleradores grandes. De hecho, el campo ha reclamado ser un modelo de colaboración inte acional.
nLa conclusión del Gran Colisionador de Hadrones y el centenario de los primeros experimentos de Rutherford sobre la dispersión hacen que este parezca ser un buen momento para reflexionar sobre el siglo de cambios increíbles en este campo - adónde el arco nos ha llevado, donde queremos ir, y ¿qué retos nuevos quedan por delante.
El aforismo de Newton "Si he visto un poco más, es por pararme sobre los hombros de gigantes" es tan cierto para los físicos de hoy como lo fue para él. La generación de Einstein, Planck, Curie, Rutherford y Bohr, nuestros antepasados intelectuales, sentó las bases para la comprensión del átomo. Luego vinieron los genios jóvenes de principios del siglo 20, que descubrieron la mecánica cuántica, exploraron el núcleo, y construyeron las máquinas nuevas. Aunque las divisiones se desdibujan, una generación nueva - la mía - surgió a raíz de la Segunda Guerra Mundial. Identificamos las partículas elementales y las fuerzas entre ellas, uniéndolas en el modelo estándar.
Este ha sido un viaje destacable, pero siguen habiendo grandes retos. ¿Cómo adquieren masa las partículas elementales? ¿Hay alguna teoría más profunda que explica las identidades de las partículas y las relaciones entre las fuerzas que también abarca la gran visión de Einstein sobre la gravedad? Muchos piensan que la teoría de la cuerda es un paso de gigante en esta dirección, pero todavía no se dispone de pruebas concluyentes. Estas son todas preguntas para la generación actual, que ahora está llegando a su punto máximo de creatividad.
Tampoco se puede omitir en la historia el reconocimiento de que las condiciones creadas fugazmente por las colisiones en los aceleradores de mayor energía imitan los que tuvieron lugar, por una fracción de un microsegundo, inmediatamente después del Big Bang que marcó el comienzo del universo. Debido a este hecho, que ha causado un gran revuelo, la física de partículas elementales y la cosmología ahora con frecuencia ven sus objetivos como en paralelo. El joven físico actual podría ir a una conferencia denominada "Espacio Inte o/Espacio Exte o" o estudiar un libro llamado De Quarks al Cosmos.
Esta convergencia también ha dado lugar a un resurgimiento del interés por los neutrinos, ya que parecen desempeñar un papel importante en nuestro cosmos. Son un tema que se me apasiona. Ahora hablamos en forma rutinaria de situaciones que Fermi, mi tío, y sus amigos no podrían haber imaginado en el invie o de 1933. Los experimentos han mostrado a los neutrinos emergiendo del núcleo del sol. Incluso sabemos que en la explosión que sigue al colapso de una gran estrella los neutrinos se llevan el 99 por ciento de la energía emitida en una sola ráfaga de 10 segundos. Esta cantidad es comparable a toda la energía radiada por el sol en sus 10 mil millones de años de vida. Sin embargo, tres cuartos de un siglo después que se propuso la existencia del neutrino, todavía desconocemos su masa. Es mucho, mucho menor que la de los electrones, pero ¿qué tamaño tiene?
Para concluir, los actualizo sobre mi final de la empresa familiar. Ninguno de los hijos de Emilio se convirtieron en físicos, pero uno de sus nietos y un sobrino mío sí. Mis tres hijas no entraron en el negocio, pero la mayor se casó con el hijo de un conocido físico teórico. Así que tal vez un nieto llevará a cabo la tradición, aunque no estoy seguro de cuánta influencia tienen los dos abuelos. Los días cuando los padres le decían a sus hijos qué carrera seguir terminaron.
Habida cuenta de toda esta historia, probablemente no les sorprenderá que me casé con la hija de un físico, Herman Hoerlin. Sé que cuando mi esposa, Bettina, le dijo acerca de mí, me rastreó en Hombres y Mujeres de la Ciencia Estadounidenses antes de dar su aprobación. Afortunadamente, aprobé. Por último, conseguí un cuñado físico hace un poco más de 15 años, cuando la hermana de Bettina, Duscha conoció, se enamoró, y pronto se casó con un viudo austriaco mayor. Fue nada menos que Viki Weisskopf, el ídolo de mi juventud en el MIT y el CERN. Al principio yo estaba un poco tímido en su presencia, pero luego me di cuenta de que todo iba a estar bien. Era familia.
Gino Segrè es un profesor emérito de Física en la Universidad de Pennsylvania y el autor de Fausto en Copenhague: Una lucha por el alma de la Física.