Grandes experimentos de la física

Antonio M. Lallena

• Editorial: RBA Libros
• Año: 2019
• ISBN:
  9788491873730
• Categoría: Ciencias biológicas
• Categoría: Ciencias en general

A lo largo de la historia, todas las culturas han desarrollado teorías que tratan de explicar la aparición de los primeros organismos en nuestro planeta. En los últimos años, los avances en biología y genética han abierto nuevas posibilidades. ¿Es posible descubrir nuestro origen? ¿Llegaremos a recrear la vida de manera controlada en un laboratorio? ¿Existe vida en otros lugares del universo? Recorrer el camino hacia el pasado es, al mismo tiempo, una mirada al futuro.Los cuatro grandes experimentos descritos en este libro obtuvieron el éxito gracias a una importante financiación internacional. El Reactor Experimental Termonuclear Internacional, la detección de ondas gravitatorias, el Gran Colisionador de Hadrones y la observación de las propiedades de los neutrinos son proyectos que vieron la luz gracias al el esfuerzo colaborativo de numerosos científicos.Cuatro grandes logros de la ciencia que han supuesto pasos de gigante para el avance de la humanidad.El método científico llevado al límite.

Buscando energía desesperadamente

Es curioso cómo los escenarios que prevén la mayoría de los relatos y películas futuristas repiten una y otra vez dos tipos de situaciones. Uno es el estilo Mad Max en el que la humanidad ha llegado a una situación de total penuria energética y en el que el leitmotiv del día a día no es otro que la lucha por conseguir combustible a costa de cualquier cosa, vida humana incluida. El otro tiene su representante paradigmático en La guerra de las galaxias y en él todos los problemas de abastecimiento energético están más que solventados, las naves son capaces de viajar a la velocidad de la luz de manera cotidiana y las preocupaciones de la humanidad marchan por derroteros algo más esotéricos. Sin embargo, la generación de energía es un problema cada día más acuciante y lo que el futuro nos deparará es, cuando menos, incierto. A pesar de ello contamos con una esperanza, la fusión termonuclear, y con un experimento que nos permite cierto optimismo al respecto.

El 21 de noviembre de 2006 se firmó un acuerdo internacional que abrió una etapa esperanzadora en la búsqueda de una fuente de energía sostenible para el futuro. Ese día, en París, un consorcio internacional formado por China, Estados Unidos, India, Japón, Corea, Rusia y la Unión Europea aprobó el acuerdo formal del proyecto del Reactor Experimental Termonuclear Internacional (ITER, por sus siglas en inglés). Casi un año después, el 24 de octubre de 2007, la organización comenzaba su andadura. Y es que iter, en latín, significa «camino» o «viaje», lo que concede al proyecto, a través de su propia denominación, una imagen palmaria de lo que se requerirá para culminar sus objetivos y de la ambición inherente a este gran experimento.

Pero la historia del ITER, como no podía ser de otra manera, se remonta a bastante tiempo antes. Con la Guerra Fría dando sus últimos coletazos, Ronald Reagan, entonces presidente de Estados Unidos, y Mijaíl Gorbachov, a la sazón secretario general del Partido Comunista de la Unión Soviética, se encontraron personalmente por vez primera durante los días 19 y 20 de noviembre de 1985, en Ginebra, con la intención de mantener conversaciones sobre cuestiones diplomáticas y, lo que era más importante, la carrera armamentística. Entre los tira y afloja relativos a los temas de relevancia, Gorbachov convenció a Reagan de que sería provechoso colaborar para disponer de la fusión nuclear como fuente de energía. El documento publicado el 21 de noviembre sobre el encuentro contenía 13 puntos; el último rezaba así: «Investigación sobre fusión. Los dos líderes enfatizaron la potencial importancia del trabajo dirigido a la utilización de la fusión termonuclear controlada con fines pacíficos y, en consecuencia, abogaron por el más amplio desarrollo posible de una cooperación internacional para obtener esta fuente de energía, que es esencialmente inagotable, para el beneficio de toda la humanidad».

Esta breve declaración de intenciones no cayó en saco roto y contó con el decidido impulso de dos personajes que merecen ser destacados: Alvin Trivelpiece, Director de la Oficina de Investigación de la Energía en el Departamento de Energía de Estados Unidos, y Yevgueni Velikov, asesor científico de Gorbachov y amigo personal suyo. Así, en 1987, Estados Unidos, Japón, la Comunidad Europea de la Energía Atómica (después la Unión Europea) y la Unión Soviética alcanzaron un acuerdo para abordar el proyecto, cuyo diseño se inició al año siguiente y se culminó en 2001. China y Corea se unieron al grupo dos años más tarde, India se incorporó en 2005 y Suiza lo hizo en 2009.

En 2005, se tomó una decisión importante: el ITER se instalaría en Cadarache, uno de los centros de investigación y desarrollo de energía nuclear más importantes de Europa, situado a poco más de cuarenta kilómetros de Aix-en-Provence, la capital de la Provenza, al sur de Francia. El centro de Cadarache se creó en 1959 y cuenta con diversas instalaciones en las que se abordan no solo problemas de carácter nuclear (tanto de fisión como de fusión), sino también relativos a las energías alternativas (producción de hidrógeno y combustibles sintéticos, energía solar fotovoltaica y biomasa) y otras disciplinas del ámbito de la biología (fisiología vegetal, radiobiología y microbiología). Desarrollan asimismo estrategias para la seguridad y el control de riesgos y estudian el posible impacto ambiental de la actividad nuclear.

El objetivo fundamental del ITER es el de servir de nexo de unión entre las máquinas de investigación, que en el pasado reciente han probado la viabilidad de la fusión como fuente de energía, y las futuras centrales eléctricas de fusión que darán servicio a la sociedad. Para ello en el ITER se espera, por primera vez, poder mantener el proceso de fusión con producción neta de energía durante largos periodos de tiempo, lo que permitirá estudiar en detalle todos los aspectos relevantes del mismo, como son el comportamiento de los materiales empleados, los desarrollos tecnológicos que se deben llevar a cabo y los regímenes físicos que se requerirán para poder generar energía eléctrica de forma comercial.

LA CLAVE ES LA ENERGÍA

Pero antes de profundizar en los detalles de este gran experimento, es necesario desentrañar algunas de las cuestiones básicas que se esconden tras él. Y qué mejor punto de inicio que describir la física básica que se pone en juego en los procesos de fusión nuclear.

Como en todos los eventos que ocupan a la física, la fusión nuclear está gobernada fundamentalmente por la energía. Esta es una magnitud física que mide la capacidad que un sistema tiene para producir trabajo. En otras palabras: los fenómenos físicos se manifiestan en forma de modificaciones del sistema involucrado en los mismos, y esas modificaciones pueden ser desde simples cambios en la posición del sistema o de sus componentes hasta transformaciones de su estado físico, pasando por variaciones de sus propiedades intrínsecas o de sus constituyentes. Esas modificaciones, cuando se producen, están originadas por la realización de un cierto trabajo, bien sea por fuerzas externas al sistema (como cuando un velero es desplazado por la acción del viento) o debido a las fuerzas que puedan ponerse en juego internamente en el propio sistema (como ocurre, por ejemplo, cuando nos movemos de un sitio a otro andando o en bicicleta).

La importancia de la energía estriba en que cualquiera que sea el proceso físico que se esté analizando, la energía total del sistema se conserva. Un tipo de energía puede convertirse en otro, pero no se crea ni se destruye. En el caso antes mencionado, cuando una persona se desplaza caminando, la energía «muscular» que, a su vez, deriva de la energía «química» acumulada a partir de los alimentos ingeridos, se transforma en energía «cinética», asociada con la velocidad que adquiere el caminante, y en energía «térmica», que se acumula en el suelo y en los zapatos y que se debe al rozamiento de estos con aquel, sin el cual no sería posible caminar.

En física, esta propiedad inherente a todos los procesos se conoce como principio de conservación de la energía total y t...

Índice

• Introducción
• Buscando energía desesperadamente
• Las arrugas del espacio-tiempo
• ¿De qué está hecha la materia?
• Partículas fantasmagóricas
• Bibliografía