Aunque impulsado por el deseo de perseguir la curiosidad, las investigaciones fundamentales son el primer paso crucial para la innovación.
Ilustracion de: Corinne Mucha
Por Diana Kwon, para Symmetry magazine Abril 18 de 2017
Cuando los científicos anunciaron su descubrimiento de las ondas gravitatorias en 2016, hizo los titulares en todo el mundo. La existencia de estas ondulaciones invisibles en el espacio-tiempo había sido finalmente confirmada.
Fue una hazaña trascendental en la investigación básica, la búsqueda de conocimientos fundamentales sobre el universo y los elementos dentro de la curiosidad. La investigación básica (o "cielo azul" es distinta de la investigación aplicada, que está dirigida al desarrollo o avance de tecnologías para resolver un problema específico o para crear un nuevo producto.
Pero los dos están profundamente conectados.
"La investigación aplicada es la exploración de los continentes que usted conoce, mientras que la investigación básica está en marcha en un barco y ver dónde se obtiene", dice Frank Wilczek, un físico teórico en el MIT. "Puede que tengas que regresar, o hundirse en el mar, o descubrir un nuevo continente. Así que es mucho más a largo plazo, es más arriesgado y no siempre paga dividendos ".
Cuando lo hace, dice, se abren nuevas posibilidades totalmente disponibles sólo para aquellos que zarparon en aguas desconocidas.
La mayor parte de la física -especialmente la física de partículas- cae bajo el paraguas de la investigación básica. En la física de partículas "estamos haciendo algunas de las preguntas más profundas que son accesibles por las observaciones sobre la naturaleza de la materia y la energía y, finalmente, sobre el espacio y el tiempo también, porque todas estas cosas están unidas", dice Jim Gates, físico de la Universidad de Maryland.
Los físicos buscan respuestas a las preguntas sobre el universo primitivo, la naturaleza de la energía oscura y los fenómenos teóricos, como la supersimetría, la teoría de cuerdas y las dimensiones adicionales.
Quizás uno de los investigadores básicos más conocidos fue el físico que predijo la existencia de las ondas gravitatorias: Albert Einstein.
Einstein dedicó su vida a elucidar conceptos elementales como la naturaleza de la gravedad y la relación entre el espacio y el tiempo. Según Wilczek, "estaba claro que lo que impulsaba lo que hacía no era el deseo de producir un producto, o algo tan mundano, sino resolver enigmas y percibir imperfecciones en nuestro entendimiento".
Además de avanzar en nuestra comprensión del mundo, el trabajo de Einstein llevó a importantes desarrollos tecnológicos. El Sistema de Posicionamiento Global, por ejemplo, no habría sido posible sin las teorías de la relatividad especial y general. Un receptor GPS, como el de su teléfono inteligente, determina su ubicación basada en señales temporales que recibe de los cuatro más cercanos de una colección de satélites GPS que orbitan la Tierra. Debido a que los satélites se mueven tan rápidamente mientras que también orbitan a una gran distancia de la atracción gravitacional de la Tierra, experimentan el tiempo de forma diferente al receptor en la superficie de la Tierra. Gracias a las teorías de Einstein, los ingenieros pueden calcular y corregir esta diferencia.
Ilustracion de: Corinne Mucha
Hay una larga historia de resultados sorpresivos de la investigación básica. Por ejemplo, en 1989 en el centro de investigación europeo del CERN, el informático Tim Berners-Lee buscaba una manera de facilitar el intercambio de información entre los investigadores. Inventó la World Wide Web.
Mientras investigaba las propiedades de los núcleos dentro de un campo magnético en la Universidad de Columbia en la década de 1930, el físico Isidor Isaac Rabi descubrió los principios básicos de la resonancia magnética nuclear. Estos principios formaron la base de la resonancia magnética, la resonancia magnética.
Sería otro 50 años antes de las máquinas de resonancia magnética se utilizaron ampliamente-de nuevo con la ayuda de la investigación básica. Las máquinas de resonancia magnética requieren grandes imanes superconductores para funcionar. Por suerte, alrededor de la misma época en que el descubrimiento de Rabi estaba siendo investigado por imágenes médicas, científicos e ingenieros del Laboratorio Nacional de Aceleradores Fermi del Departamento de Energía comenzaron a construir el acelerador de partículas Tevatron para investigar la naturaleza fundamental de las partículas. enormes cantidades de alambre superconductor.
"Fuimos el primer cliente grande y exigente de cables superconductores", dice Chris Quigg, físico teórico de Fermilab. "Estábamos gastando mucho dinero para obtener el rendimiento que necesitábamos". El Tevatron creó un mercado comercial de cables superconductores, lo que hace práctico para las empresas construir máquinas de resonancia magnética a gran escala para lugares como hospitales.
Los médicos ahora utilizan la resonancia magnética para producir imágenes detalladas de las entrañas del cuerpo humano, herramientas útiles para diagnosticar y tratar una variedad de complicaciones médicas, incluyendo cáncer, problemas cardíacos y enfermedades en órganos como el hígado, páncreas e intestinos.
Otra herramienta de la física de partículas, el detector de partículas, también se ha adoptado para usos en diversas industrias. En la década de 1980, por ejemplo, los físicos de partículas desarrollaron una tecnología lo suficientemente precisa para detectar un solo fotón. Hoy en día los médicos utilizan esta misma tecnología para detectar tumores, enfermedades del corazón y trastornos del sistema nervioso central. Lo hacen mediante la realización de tomografías de emisión de positrones, o tomografías de PET. Antes de someterse a una exploración PET, se le da al paciente un colorante que contiene trazadores radiactivos, ya sea a través de una inyección o ingiriendo o inhalando. Los trazadores emiten partículas de antimateria, que interactúan con partículas de materia y liberan fotones, que son recogidos por el escáner PET para crear una imagen lo suficientemente detallada como para revelar problemas a nivel celular.
Como dice Gates, "muchos de los dispositivos y conceptos que usted ve en las historias de ciencia ficción nunca llegarán a existir a menos que persigamos el concepto de investigación básica. No vas a poder construir naves estelares a menos que hagas la investigación ahora para construirlas en el futuro ".
No está claro qué aplicaciones podrían venir del nuevo conocimiento de la humanidad sobre la existencia de ondas gravitatorias.
Podría ser suficiente que hayamos aprendido algo nuevo sobre cómo funciona nuestro universo. Pero si la historia nos da alguna indicación, la exploración continua también proporcionará beneficios adicionales a lo largo del camino.
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