El I+D de 2016, en 10 noticias.

Es hora de ajustar cuentas con 2016.

1. Pasará a la historia: el descubrimiento de las ondas gravitacionales en uno de los experimentos más espectaculares de la historia de la ciencia.    Cosas así  me reconcilian con el género humano.
2. Premio Nobel para las fases topológicas. Esta ha sido otra de las alegrías del año, por varios motivos.   El premio Nobel había sido anticipado, en parte, por este blog, hace 2 años.  Más importante:  este premio  reivindica una forma de mirar al universo que nos es muy querida a los físicos de la Materia Condensada.
3. Los españoles no somos más tontos.    Uno de los hitos de 2016 ha sido el descubrimiento de un planeta potencialmente habitable en  Proxima Centauri, el sistema solar más cercano al nuestro.  El descubrimiento ha sido realizado por un equipo internacional liderado por los astrofísicos españoles    Guillem Anglada-Escudé (Londres)  Pedro J. Amado (Granada), entre otros.   Ciertamente,  esto de descubrir otros mundos es parte de nuestra tradición cultural.
4. Los españoles no somos más tontos (2). Otro de los hitos de este año ha sido el logro del equipo del español Juan Carlos Ispizua (Instituto Salk,  Long Island, NY),  mostrando la posibilidad de revertir el envejecimiento en ratones.   Las posibles aplicaciones en humanos,  y lo que esto supondría,  se comentan por si solas.
5. Las universidades españolas siguen siendo muy malas. Un año más, la publicación de varios rankings   no sitúa a ninguna de nuestras universidades en la lista de las 150 primeras.  Sin embargo, en algunas disciplinas específicas,  algunas universidades  españolas  dan la talla, como le gusta apostillar a mi colega de la U. Alicante,  Juan Carlos Sancho.   Así, la Autónoma de Madrid sale la 50 en Física,  por delante de Leiden, Bruselas  y  UC San Diego.    Por tanto,  si se puede hacer bien, y  no es que falten mimbres, el problema es de gobernanza.
6.  Rector español acusado de plagio.   Los problemas de gobernanza de las universidades españolas  han quedado en evidencia, más si cabe, con el escándalo que rodea al rector de la Universidad Rey Juan Carlos,  que ha sido acusado de varios casos de plagio que afectan a su tesis doctoral y a más de una decena de publicaciones.  Aunque el caso está todavía lejos de llegar a una sentencia judicial, los indicios en contra del Rector son abrumadores. Anoto como prueba documental  de los males que aquejan a la universidad española la frase que ha dejado el rector   en su nota de prensa: "El rector solo se debe a su comunidad universitaria".   Ilustrísimo Rector:  el 85% del presupuesto  de su universidad lo ponen los contribuyentes, también nos debemos a ellos ¿no?.  
7. Informe Pisa:  los estudiantes españoles de 15 años por detrás de Portugal, en habilidad lectora,  y matemáticas.    Desgraciadamente nos hemos acostumbrado a  estar  por detrás de Singapore, Corea del Sur, Japón y China,   como si lo que ocurre allí no fuera con nosotros.  También nos hemos acostumbrado a estar por detrás de Alemania, Francia,  y el recurrido ejemplo de Finlandia.  A ver si perder también con nuestro  entrañable vecino Portugués, al que ocasionalmente hacemos de menos y casi siempre ignoramos,    remueve algo en el orgullo patrio e intentamos remediar los  graves problemas del sistema educativo, el más importante de todos que a la mayoría de la gente le importa un carajo la educación: viva el vino.
8.  La parálisis política también afectó al I+D.   Está claro que un gobierno en funciones tiene aún menos margen para gestionar el I+D, y así hemos estado en 2016.   Me llamó particularmente la atención que durante 2016 también se paralizó el sistema de acreditación de profesores de Universidad, que gestiona la ANECA.  No me queda claro si se trata de una coincidencia, pero lo cierto es que durante 2016 el procedimiento para acreditar la validez de los profesores para poder acceder a puestos de profesor titular y de catedrático no ha funcionado. 
9. Europa intenta liderar la segunda revolución cuántica.  2016 ha sido el año del Manifiesto Cuántico, el  documento elaborado por científicos europeos para animar a la Unión Europea a iniciar un ambicioso programa de inversiones en "nuevas tecnologías cuánticas",   el llamado "programa buque insignia en tecnologías cuánticas",  o "flagship on Quantum Technologies".  Este es un campo  que podría permitir el desarrollo de varias tecnologías disruptivas, como los ordenadores cuánticos y telecomunicaciones ultraseguras.   Es por esto que grandes empresas norteamericanas como Google, Microsoft, Intel e IBM  están haciendo grandes inversiones.  El gobierno español parece haber  tomado nota, en parte, de la importancia del flagship,  y ha promovido tres Foros de discusión sobre el tema.  Así, en Mayo de 2016,   tuvo lugar una reunión  en el Ministerio de Economía.    Me debo estar haciendo muy mayor,   y estamos viviendo en el futuro, con la física cuántica abriéndose camino por los pasillos del Ministerio de Economía.
10.  El INL y la Universidade do Minho ponen en marcha el QuantaLab.  Fue en este contexto en el que mi centro de investigación, el INL, y su vecino de la acera de enfrente,  la Universidade do Minho, han puesto en marcha un centro mixto de investigación en Tecnologías Cuánticas y Materiales cuánticos, el QuantaLab.  Este proyecto es uno de los hijos de 2016, y espero que nos de mucho que hablar en los próximos años. 

2017,  allá vamos.  

Las ondas gravitacionales, explicadas a mis padres

Si estás leyendo este blog, estás equipado con un sistema de detección  de ondas electromagnéticas,  tus ojos, y   de un par de detectores de  ondas acústicas,  tus oídos.   Pero, ¿qué es una onda?.  En inglés la palabra onda y la palabra ola son la misma, wave. Por tanto, los anglosajones ya tienen construida en su cerebro una imagen muy conveniente  de lo que es una onda: una perturbación que se propaga por el espacio.   Igual que una ola se propaga por la superficie del mar hacia la playa, una onda acústica es la propagación de una  perturbación que cambia la densidad y la presión del aire.   Y en el caso de la luz,  lo que se propaga es un campo electromagnético.

¿Qué tienen que ver las ondas con   la gravedad?. La gravedad es la fuerza que nos mantiene pegados a la superficie de la tierra,  y que a su vez mantiene a la tierra orbitando en torno al sol. ¿Qué tiene que ver esto con las ondas?.  Aquí es donde entra Einstein, y su teoría general de la relatividad, formulada en 1915.   En aquella teoría,  Einstein propuso que  más que atraerse unos a otros, las masas deforman el espacio-tiempo. El espacio-tiempo sería como la superficie de un globo o como una alfombra, que puede cambiar de forma. Por tanto,  en la teoría de Einstein de la gravedad, los cuerpos con masa deforman   espacio-tiempo  de manera complicada   y los objetos se mueven por el espacio curvo de una manera que es,  matemáticamente hablando,  "sencilla".

  La teoría de Einstein de la gravedad era mucho más que una reformulación  matemática de la teoría de Newton.  Por ejemplo,  si los cuerpos deforman el espacio, esto quiere decir que  la luz sería desviada por la acción de la gravedad, algo que la teoría gravitatoria de  Newton no preveía.  Esa predicción de la teoría de Einstein fue confirmada por los experimentos de la expedición de Eddington de 1919.   Además, usando la teoría de Einstein,  Schwarzschild describió en 1916 la existencia de objetos con tanta masa que podían atrapar la luz, los llamados agujeros negros.

Ese mismo año 1916 Einstein se dio  cuenta que su teoría de la relatividad  predecía la existencia de ondas, es decir, de perturbaciones que se propagan.  En este caso, la perturbación afecta al espacio-tiempo. Es decir, una onda gravitacional es una deformación en movimiento del espacio-tiempo.     De forma parecida a   las ondas electromagnéticas, que  son emitidas por cargas en movimiento acelerado,  las ondas electromagnéticas son emitidas por masas en movimiento acelerado. Por ejemplo, en su movimiento en torno al sol, la tierra emite ondas gravitatorias.  Afortunadamente para nosotros,  el sistema tierra-sol es astrofísicamente muy aburrido:  el ritmo al que la tierra emite ondas gravitatorias, y por tanto pierde energía y se acerca al sol,  es tan lento que tardamos mil años en acercarnos el equivalente al tamaño de un átomo.

En cambio,  existen sistemas ahí fuera en las que todo es mucho más violento. Así, en 1974 los físicos norteamericanos Taylor y Hulse descubrieron un sistema binario de estrellas,  el pulsar PSR B1913+16. Una de las estrellas giraba sobre si misma a un ritmo de 17 veces por segundo, pero el ritmo de giro variaba lentamente con el tiempo lo que delataba la presencia de la otra estrella.  Observaciones llevadas a cabo durante varios años permitieron inferir que el movimiento orbital de esta pareja de estrellas ha decaído al ritmo predicho por la teoría de Einstein para la radiación gravitatoria.  Por tanto,  una de las consecuencias de la existencia de ondas gravitatorias, la pérdida de energía debida a la emisión de radiación gravitatoria,  ya había sido confirmada experimentalmente, y le valió el premio Nobel a Taylor y Hulse en 1993.

Lo que iba a resultar mucho más difícil era medir una onda gravitatoria, es decir, percibir una modulación transitoria o provisional en la variación del espacio tiempo. Para hacernos una idea, durante su  tránsito por una cinta métrica, una onda gravitatoria hace que  un metro deje de medir un metro, provisionalmente.   ¿Cómo detectar algo así?.  Además, el problema es que la magnitud de las deformaciones del espacio tiempo que generan las ondas gravitatorias es muy pequeña, debido a que las fuentes más potentes de ondas gravitatorias están muy lejos de nosotros, y como ocurre con otras ondas, la amplitud de una onda gravitatoria decae a medida que se aleja de la fuente.

Durante las últimas 3 décadas un equipo internacional de físicos, inicialmente liderados por el físico teórico norteamericano Kip Thorne, de la universidad de Caltech, en Pasadena,  la misma en la que pasó sus últimas décadas Feynman,   ha puesto en marcha un espectacular experimento para cazar esta pequeñísima perturbación transitoria del espacio tiempo.  El LIGO,  Laser Interferometry Graviational-wave Observatory, es realmente una red de observatorios,  cada uno de ellos de varios kilómetros,  y situados en a miles de km de distancia entre si. Ambas instalaciones tienen un gigantesco interferómetro, que es un aparato  en el que un haz de luz laser transita por un circuito en forma de L, con 4 kilómetros de lado en cada pata.  A su paso por cada detector, una onda gravitatoria dilataría un brazo de la "L" y contraería el otro brazo, lo cuál cambiaría el recorrido de la luz laser, dando lugar a una modulación en su intensidad. Este esquema ha recibido sucesivos refinamientos durante varias décadas para lograr medir una variación relativa en la longitud del una milésima de trillonésima (10^-21).  Para hacernos una idea, la precisión de esta medida es el equivalente a medir la distancia de aquí al sol y equivocarse solo en  un átomo.

El 15 de septiembre de 2015  dos de los observatorios  del LIGO, en los estados de Washington y de Louisiana, a miles de kilómetros de distancia, detectaron una señal idéntica a la que según complicados cálculos usando la teoría de Einstein tendría que producir la colisión de dos agujeros negros, ocurrida hace mil doscientos millones de años.  El equivalente gravitatorio al sonido de aquella explosión se ha propagado por el universo durante un 10% de la historia cósmica,  mucho antes de que los dinosaurios pisaran la faz de la tierra, para pasar durante una escasa décima de segundo, y  seguir su camino hacia los confines del universo.  Ha sido  un instante  fugaz en  los detectores,  pero un gran paso para la humanidad.   Con  esta primera observación, los científicos del LIGO han detectado por primera vez la colisión entre dos agujeros negros, demostrando así que tenemos una nueva herramienta para explorar  eventos que ocurrieron la noche de los tiempos, lo cuál explica parte de la excitación que se ha hecho patente estos días en los medios.  Otro día os seguiré contando el fascinante conjunto de   innovaciones tecnológicas, muchas en el  ámbito de la física del estado sólido, que han hecho posible la medida más precisa de la historia.