Murray Gell-Mann tuvo un impactante éxito con las partículas, notorias fricciones con Feynman, y una oportunidad perdida con Einstein.
No es casualidad que el quark – el elemento constituyente de protones y neutrones, y por ende, de tí y de mí y de todo lo que nos rodea – tenga un nombre tan extraño y encantador. El físico que lo descubrió, Murray Gell-Mann, ama las palabras tanto como la física. Es conocido por corregir la pronunciación de un extraño de su último apellido (lo que no siempre funciona) y es más que feliz dando nombres a objetos o ideas que no lo tienen todavía. Así llegó la palabra quark para su más famoso descubrimiento. Suena como “kwork” y tomó su pronunciación de un caprichoso poema de la obra Finnegans Wake de James Joyce. Este término altamente científico es inteligente, chistoso y bronco al mismo tiempo, como el hombre que lo acuñó.
La obsesión de Gell-Mann con las palabras viene de su juventud, cuando su fascinación con la lingüística, la historia natural, y la arqueología le ayudó a entender la diversidad del mundo. El nativo neoyorquino se saltó tres cursos en la escuela elemental, y entró en la universidad antes. Después de estar entre la Universidad de Yale y el Instituto Tecnológico de Masachussets (MIT en inglés), Gell-Mann tenía tan sólo 21 años cuando comenzó su postdoctorado en el Instituto de Estudios Avanzados en Princeton, Nueva Jersey, cuando Albert Einstein todavía paseaba por el campus. Más tarde, trabajó con Enrico Fermi en la Universidad de Chicago, y debatió apasionadamente con el conocido físico Richard Feynman durante sus muchos años en el Instituto Tecnológico de California (Caltech). Fue cuando estaba en Caltech cuando Gell-Mann ayudó a sentar las bases de nuestro conocimiento de los componentes que constituyen la materia. Esbozó un esquema de las partículas subatómicas que él llamó la vía del octeto. En ese momento, los físicos entendieron que los átomos estaban hechos de protones y neutrones, pero también habían encontrado que éstos tenían muchas otras misteriosas partículas. “La vía del octeto” dio sentido a la desconcertante mezcla, encontrando en este esquema partículas que nunca habían sido siquiera imaginadas. El trabajo fue tan importante que le valió el Premio Nobel en 1969.
En 1985 Gell-Mann persiguió su sueño de trabajar en otros campos co-fundando el Instituto de Santa Fe, una organización donde se alentaba a los científicos a ser mustidisciplinares. Situado en lo alto de una colina en el desierto de Nuevo México, rodeado por álamos y vetas de cuarzo rosa, el instituto es un lugar donde un ornitólogo puede intercambiar datos con un politólogo mientras escribe ecuaciones en una ventana debido a la falta de lápiz y papel. Con su diseño geométrico, sus muros coloreados brillantemente, abundantes senderos alrededor, y un generoso surtidor de caramelos en la cocina, el Instituto de Santa Fe parece como un área de juegos para científicos.
Susan Kruglinski, editora de la revista DISCOVER, se sentó recientemente con Gell-Mann en los sillones de cuero de la librería del instituto para hablar sobre lo que es haber vivido la historia de la física moderna.
Usted es principalmente conocido por ser el descubridor del quark, una de las partículas fundamentales que constituyen el universo, pero durante años, muchos de sus colegas no estaban convencidos de que los quarks existieran. ¿Por qué no?
No puedes verlos directamente. Tienen algunas propiedades inusuales, y eso es por lo que fue difícil para la gente creer en ellos al principio. Y muchos no creyeron. Mucha gente pensó que estaba loco. Los quarks están permanentemente atrapados dentro de otras partículas como protones y neutrones. No puedes aislarlos para estudiarlos individualmente. Así que son un poco peculiares en ese aspecto.
¿Cómo debería visualizar los quarks alguien que no es físico? ¿Como pequeñas esferas atrapadas dentro de los átomos?
Bueno, en la física clásica podrías imaginar un quark como un punto. En mecánica cuántica un quark no es exactamente un punto; es un objeto bastante flexible. Algunas veces se comporta como un punto, pero puede extenderse un poco. A veces se comporta como una onda.
Cuando la gente pinta las partículas chocando en un colisionador de partículas, ¿qué deberían imaginar? ¿No es como un choque de bolas de billar, verdad?
Depende de las circunstancias. A muy altas energías, dos partículas que colisionan no rebotan, sino que crean un gran número de partículas. Podrías tener todo tipo de restos en todas las direcciones – las colisiones serían un poco más como esto último.
Entonces, ¿sería como colisionar una manzana y una naranja y obtener plátanos?
No, no, no. Pequeñas partes de todo tipo de cosas. Obtener un puñado de pequeños trozos de manzana y naranja, pero también trozos de plátanos y anti-plátanos, uvas, etc.
¿Cuántos tipos de partículas elementales hay?
Tenemos el llamado Modelo Estándar, que está basado en cerca de 60 partículas, pero puede haber muchas más. Ésas son las que podemos detectar, de baja energía.
En la década de 1960 y 1970 podía considerarse la época dorada de la física de partículas, cuando muchas de éstas – y no sólo las elementales – estaban siendo descubiertas. ¿Podría hablar un poco sobre los sucesos que le llevaron al descubrimiento del quark?
Eso fue muy dramático para mí. Había estado trabajando durante años en las propiedades de partículas que participaban en la interacción nuclear fuerte. Ésta es la interacción responsable de mantener unido el núcleo del átomo. La familia de dichas partículas incluye neutrones y protones, que son las más familiares. Pero entonces, decenas, docenas, centenas de otras partículas estaban siendo descubiertas en experimentos en los que los protones colisionaban con otros en aceleradores de partículas. Había muchos estados de energía en los que veíamos “parecidos” con los protones y los neutrones.
¿Son esas partículas similares a protones y neutrones pero no existen normalmente en la naturaleza?
Están producidas en una colisión de partículas en un acelerador, y se desintegran tras un corto período de tiempo. Una partícula que predije, la omega-menos, puede desintegrarse en un pión neutral y un chi-menos, y luego el pión se desintegra en dos fotones, y el chi-menos en un pión negativo y un lambda. Y entonces el lambda se desintegra en un pión negativo y un protón. El interior del Sol tiene una temperatura muy alta, pero esa temperatura no es lo suficientemente alta como para producir todas esas partículas.
¿Existen todas esas partículas exóticas fuera de los experimentos de física?
Existieron justo después del Big Bang, cuando la temperatura era increíblemente alta. Y tambien existen en sucesos de rayos cósmicos. Los propios rayos cósmicos son sobre todo protones, pero cuando chocan con un núcleo atómico en la atmósfera terrestre, se producen estas partículas.]
Pero cuando predijo el quark en 1964, se dio cuenta de que no era simplemente otra partícula más, ¿verdad?
Exacto. Mirando la tabla de las partículas conocidas y los datos experimentales, estaba claro que el neutrón y el protón podían estar hechos de tres partícula con cargas eléctricas fraccionales, que llamé quarks. [Hasta entonces todas las partículas conocidas tenían cargas eléctricas múltiplos de la carga del protón.] Los quarks estaban permanentemente confinados dentro del neutrón y del protón, no pudiéndolos sacar fuera para examinarlos individualmente. El neutrón y el protón no fueron considerados nunca más elementales. No fué algo difícil de deducir. Lo que fué difícil, fue creerlo, porque nadie había oído hablar del protón y del neutrón como partículas compuestas. Nadie había oído hablar de las cargas fraccionarias. Nadie había oído hablar de partículas confinadas permanentemente dentro de partículas observables e inaccesibles directamente.
Con el tiempo, los físicos parecen encontrar más y más partículas. ¿Podría haber un número infinito de ellas?
Todos los teóricos creemos en la simplicidad. La simplicidad siempre ha sido una guía fiable en la teoría de la física fundamental. Pero la simplicidad puede no residir en el número de partículas nombradas. Puede ser que la teoría, expresada simplemente, dé lugar a un gran número de partículas. Las partículas podrían ser cada vez más, pero tú solo detectas aquellas que son suficientemente ligeras como para ser importantes en nuestros experimentos.
Ahora los investigadores están poniendo muchas esperanzas en encontrar otro conjunto de partículas predichas en los experimentos del LHC. ¿Crees que ésto traerá algo de claridad?
Bien, esto es otra posibilidad, que ellos encuentren algunos fenómenos inesperados. Nos molestaría si ellos encontraran algo completamente nuevo, totalmente místico, pero es lo que sería más emocionante.
Usted fue considerado como un prodigio de las matemáticas de niño, pero, las matemáticas no fueron su única pasión, ¿no?
Recuerdo que cuando tenía alrededor de cinco años, miraba los libros de mi padre. Él había tenido una gran biblioteca. Y cuando los malos tiempos nos golpearon – la depresión – se tuvo que deshacer de ellos cuando nos mudamos a un pequeño apartamento. Tuvo que deshacerse también de los muebles. Ni siquiera pudo venderlos. Tuvo que pagar para que se los llevaran. Pagó cinco dolares para que se llevaran la biblioteca. Doloroso. Pero tenía todavía algunos libros, unos 50. Uno de ellos era un libro sobre la etimología de palabras inglesas procedentes del griego y del latín. Así que yo aprendí todas esas raíces griegas y latinas y cómo acabaron formando las palabras inglesas. Era emocionante. Encendió mi pasión por la etimología, y la he amado desde entonces.
Yo también era bueno en matemáticas. De hecho, las amaba, amaba estudiarlas, amaba usarlas. Amaba la historia. Estaba particularmente enamorado de la arqueología y la lingüística. Y podía discutir cualquier cosa con mi hermano – arqueología, etimología, de todo. Él nunca hizo nada con eso, pero era muy muy inteligente y tenía muchos conocimientos sobre todo tipo de cosas. Era un apasionado de los pájaros y otras criaturas vivientes. No de los principios científicos de la ornitología, sino simplemente de observar los pájaros e identificarlos, de conocer dónde habitaban, y de qué tipo de nidos tenían, y qué canto tenían. Ir con él en un viaje de pájaros fue lo mejor – lo mejor – que hice durante esos años. Mi hermano me enseñó a leer en un caja de cereales cuando tenía 3 años.
Cuando iba a la universidad, estaba interesado en estudiar arqueología, historia natural, o lingüística, pero su padre quería que ganase dinero como ingeniero.
Yo dije que mejor ser pobre o morir antes que ser ingeniero, porque no sería un buen ingeniero. Si diseñara algo, se caería abajo. Cuando fui admitido en Yale, hice un test de aptitud, y cuando el consejero me dió los resultados del examen, dijo: “Tú puedes ser un montón de cosas diferentes. Pero no seas ingeniero”.
Entonces, ¿cómo terminó en física?
Después de que mi padre dejara de intentarlo con la ingeniería, dijo, “¿Qué tal un término medio, física? Relatividad general, mecánica cuántica, te encantará”. Pensé en seguir el consejo de mi padre e intentarlo. No sé por qué. No le hice caso nunca en otras cosas. Me dijo cómo de bonita sería la física si me ponía con ella, y esa idea de belleza me impresionó. Mi padre estudió esas cosas. Era un gran admirador de Einstein. Él se encerraba en su habitación para estudiar relatividad general. Nunca la entendió realmente. Mi opinión es que tienes que despreciar algo para llegar a ser bueno en ello.
¿Por qué?
Si lo admiras suficientemente, tendrás miedo de ello, y nunca lo aprenderás. Mi padre pensó que debía ser muy difícil, y llevaría años entenderlo, y sólo poca gente podría entenderlo, y todo así. Pero tuvo un profesor maravilloso en Yale, Henry Margenau, que tomó la actitud opuesta. Pensó que la relatividad era para todo el mundo. Simplemente, aprende sus matemáticas. Él hubiera dicho, “prepararemos las matemáticas el martes y el jueves, y estudiaremos relatividad el sabado y el próximo martes”. Y tenía razón. No es para tanto.
Ha conocido a algunos de los más grandes físicos de la historia. ¿A quién pondrías en lo más alto?
No pongo habitualmente a la gente en pedestales, especialmente físicos. Feynman [quien ganó el premio nobel en 1965 por su trabajo en física de partículas] era muy bueno, aunque no tanto como él pensaba que era. Estaba demasiado absorto en sí mismo y gastó mucha energía creando anécdotas de sí mismo. Fermi [quien desarrolló el primer reactor nuclear] era bueno, pero de nuevo, con limitaciones – cada cierto tiempo estaba equivocado. No conocí a nadie sin algunas limitaciones en mi campo de la física teórica.
Entonces, ¿entendió cómo de especial era la gente que le rodeaba?
No. Crecí pensando que la gente anterior era la especial. Incluso conociendo a muchos de ellos. No conocí a Erwin Schrödinger [un pionero de la mecánica cuántica]; pasé por alto una oportunidad de conocerlo por alguna razón. Pero conocí a Werner Heisenberg muy bien. Él fue uno de los descubridores de la mecánica cuántica, que es uno de los grandes logros de la mente humana. Pero, para cuando yo lo conocí, aunque no era demasiado viejo, era bastante excéntrico.
¿En qué sentido?
Decía muchos sinsentidos. Tenia cosas que él llamaba teorías que en realidad no lo eran; eran algarabías. Su meta era encontrar una teoría unificada de todas las partículas y las fuerzas. Trabajó en una ecuación, pero la ecuación no tenía ningún sentido práctico. Era imposible trabajar con ella. No había soluciones. Era un sinsentido. De todos modos, fue interesante que Wolfgang Pauli [descubridor del principio de exclusión], que no se metió en locuras – al menos, no en física – trabajase con Heisenberg en su ecuación durante un tiempo. Él aceptó unirse al programa de Heisenberg.
Pero cuando Pauli llegó a Estados Unidos, donde varias personas trabajaron en sus resultados – incluyendo a Dick Feynman y a mi, muchos de nosotros hablamos con Pauli y le dijimos: “Mira, no deberías asociarte con esto. Es basura, y tienes que considerar tu reputación”. Pauli estuvo de acuerdo, y escribió una carta a Heisenberg diciendo algo así: “Lo dejo. Esto no tiene sentido. Aquí no hay nada. Retira mi nombre”. En otra carta, Pauli dibujó un rectángulo en la página y a su lado escribió: “Esto es para mostrar al mundo que puedo pintar como Tiziano, sólo faltan algunos detalles técnicos. W. Pauli”. En otras palabras, Heisenberg había proporcionado sólo un marco sin ningún dibujo. Conocí a Pauli muy bien. Conocí a Paul Dirac [otro fundador de la mecánica cuántica]. Era una persona muy excéntrica.
Por supuesto conocí a esas personas cuando ya eran mayores, no cuando eran jóvenes y llevaban sus actividades más importantes. Pero las conocí. Y ésos fueron los que se suponía que teníamos que admirar. No pensaba que las personas alrededor mío fueran a ser tan especiales. Supongo, mirando atrás en el tiempo, que parece una época emocionante.
Hay una gran diferencia, no obstante, que señaló mi profesor Victor Weiskopf. Y es que las personas que estaban trabajando con las consecuencias de la mecánica cuántica, poco después de que ésta fuera descubierta en 1924 y 1925, empezaron a entender cómo los átomos y las moléculas funcionaban, y realizaron preguntas elementales acerca del mundo que incluso la gente común podría preguntar. Por ejemplo, Victor solía decir, una pregunta es: ¿por qué no puedo traspasar un dedo con otro apretando sobre el primero? Bien, eso es en última instancia consecuencia del principio de exclusión [que establece que dos partículas no pueden ocupar el mismo espacio al mismo tiempo. (Bueno, en realidad esto vendría a ser con los fermiones, pero bueno)] Y así sucesivamente. Mientras que ahora tienes que ser sofisticado incluso para hacer las preguntas que estamos respondiendo.
Una de sus más conocidas interacciones fue con Richard Feynman en Caltech. ¿Cómo fue?
Tuvimos los despachos juntos durante 33 años. Yo estaba muy, muy entusiasmado con Feynman cuando llegué a Caltech. Me tomó para trabajar con él, y pensé que era increíble. Disfruté mucho trabajando con él. Era muy gracioso, divertido, brillante.
¿Qué hay de las historias de que tuvieron grandes problemas?
Ah, discutíamos todo el tiempo. Cuando teníamos una charla amigable, discutíamos. Y después, cuando estaba menos entusiasmado con él, también discutíamos. En cierto momento él estaba haciendo un muy buen trabajo – no muy profundo, pero muy importante – sobre la estructura de los protones y los neutrones. En ese trabajo, él se refirió a los quarks, antiquarks, y gluones, de los que aquellos estaban hechos, pero no los llamó quarks, antiquarks, y gluones. Los llamó “partones”, que es una palabra mitad latina, mitad griega, una palabra estúpida. Partones. Él dijo que no le importaba lo que fueran, así que creó un nombre para ellos. Pero ésto es lo que eran: quarks, antiquarks, y gluones, y él podía haber dicho éso. Y luego la gente se dió cuenta de que eran quarks, y entonces, tenías el modelo “quark-partón”. Finalmente, construímos la teoría correcta, llamada cromodinámica cuántica [QCD], que yo nombré. [QCD describe las interacciones entre los quarks y los gluones, que mantienen a los quarks unidos.] Y Feynman no lo creyó.
¿No creyó que la teoría fuese correcta?
No. Él tenía otro esquema basada en sus partones. Finalmente, después de dos años, desistió porque era muy brillante y se dio cuenta después de un tiempo de que habíamos acertado. Pero se resistió, y yo no entendí por qué tenía que ser así. Partones…
Feynman era un excéntrico reconocido. ¿Hicieron algo extraño juntos?
Hicimos un montón de cosas divertidas. Uno de sus amigos era un anciano pintor armeno. Mi segunda mujer Margaret y yo éramos también sus amigos. Él tuvo algún cumpleaños importante, y Margaret y yo tuvimos la idea de regalarle un pavo real. Y conspiramos con Feynman para hacerlo. Llamaron su atención mientras Margaret y yo sacábamos el pavo real del coche y lo poníamos en su dormitorio. ¡Un pavo real en su cama! Es una maravillosa forma de dar a alguien un regalo.
¿Le pareció extraño que Feynman se convirtiera en un personaje famoso?
Feynman era peculiar porque era muy brillante, pero también era un payaso. A veces, él era más un payaso que un científico.
Pero usted y Feynman podían tener conversaciones profundas sobre física. Se complementan bien, ¿no?
Durante algunos años, y luego me enfadé con él. Había comenzado a mirarse demasiado a sí mismo. Todo era una prueba de su brillantez. Así que si de alguna discusión, llegábamos a alguna conclusión interesante, su interpretación era, “Hey, chico, soy inteligente”. Y éso molesta, así que después de unos años, no trabajé con él.
Cuando piensa en gente como Feynman o Einstein u otros físicos legendarios, ¿piensa en ellos como en genios? ¿Existe algo así?
Einstein era muy especial – quiero decir, crear una teoría, la relatividad general [que describe la gravedad como un producto de la geometría del espacio y el tiempo]. Hacer eso ahora o 34 años antes sería llamativo, notable, un logro absolutamente notable. Pero hacerlo cuando lo hizo, en 1915, es simplemente increíble.
Cuando estuvo en el Instituto de Estudios Avanzados, Einstein también estaba allí, aunque estaba en el final de su vida. ¿Fue capaz de absorber algo de él?
Podía haberlo hecho. Podía haber concertado una reunión con su secretaria, la formidable Helen Dukas, y haber ido a hablar con él. Podía haberle preguntado cosas sobre los viejos tiempos. Si fuera hoy, lo haría. Pero lo que pude ver entonces, es que estaba pasado. No creía en la mecánica cuántica, no conocía las partículas que estábamos estudiando. Y no conocía otras cosas. Si le mostraba lo que estaba haciendo, no hubiera hecho nada con ello. Y si él me mostrara lo que estaba haciendo, yo no le creería. Así que no hice nada. Diría: “Hola. Buenos días”. Y él diría, “Buenos días.” Eso es todo.
¿En qué está trabajando ahora?
Junto con otras personas a lo largo del mundo, estoy buscando si pudiera haber alternativas para caracterizar matemáticamente la entropía, la medida del desorden de un sistema. Podría ser útil emplear fórmulas alternativas para estudiar diferentes circunstancias como mercados financieros o interacciones sociales. Puede que esto acabe convirtiéndose en una herramienta extremadamente flexible para tratar todo tipo de situaciones. Éso es lo que la gente espera. Otros piensan que es una locura.
Escrito por Osccar en Física
Two views of one of the six new distant supernovae in the Supernova Cosmology Project's just-released Union2 survey, which among other refinements compares ground-based infrared observations (in this case by Japan's Subaru Telescope on Mauna Kea) with follow-up observations by the Hubble Space Telescope.
The recent success in neutrino oscillation experiments has shown that the three kinds of neutrinos can oscillate into one another. This implies that they have mass. The next questions are: what are their masses? which one is heaviest? lightest? are they Majorana or Dirac particles? Neutrino-less double-beta decay (0νββ) experiments such as 
