Hace mil millones de años (bueno, más o menos) en una galaxia muy, muy lejana, dos agujeros negros realizaron un ballet cósmico pas de deux. Dieron vueltas entre sí, acercándose gradualmente bajo la influencia de la gravedad mutua, hasta que chocaron y se fusionaron. Como resultado de tal colisión, se produjo una liberación colosal de energía, equivalente a tres veces la masa de nuestro sol. La convergencia, colisión y fusión de dos agujeros negros desordenó el continuo espacio-tiempo circundante y envió poderosas ondas gravitacionales en todas direcciones a la velocidad de la luz.
Cuando estas ondas llegaron a nuestra Tierra (y fue en la mañana del 14 de septiembre de 2015), el otrora poderoso rugido de proporciones cósmicas se convirtió en un gemido apenas audible. Sin embargo, dos enormes máquinas de varios kilómetros de longitud (detectores del Observatorio Interferométrico Láser de Ondas Gravitacionales PIOGV), ubicadas en los estados de Luisiana y Washington, registraron rastros fácilmente reconocibles de estas ondas. El martes, tres líderes del proyecto PIOGV desde hace mucho tiempo, Rainer Weiss, Barry Barish y Kip Thorne, recibieron el Premio Nobel de Física por este logro.
Este descubrimiento se ha estado gestando durante mucho tiempo, tanto en la escala de tiempo humana como en el reloj astronómico. El Dr. Weiss, el Dr. Thorn y el Dr. Barish y sus colegas han trabajado en su proyecto durante varias décadas. Miles de personas que trabajan en los cinco continentes participaron en el descubrimiento de 2015. Este proyecto fue un ejemplo de una visión estratégica del futuro por parte de científicos y políticos, que está casi tan lejos de nosotros como estos agujeros negros en colisión.
A finales de la década de 1960, el Dr. Weiss impartió un curso superior de física en el Instituto de Tecnología de Massachusetts. Unos años antes, el físico Joseph Weber había hecho el anuncio de que había detectado ondas gravitacionales utilizando un instrumento con antenas de cilindros de aluminio. Sin embargo, Weber no logró convencer a los escépticos. El Dr. Weiss les dio a sus estudiantes una tarea para encontrar otra forma de detectar ondas. (Estudiantes, tomen nota: a veces la tarea es un presagio de un Premio Nobel). Pero, ¿qué pasa si intenta detectar ondas gravitacionales estudiando cuidadosamente los cambios más pequeños en la interferencia de los rayos láser que viajan por diferentes caminos y luego se vuelven a conectar en el detector?
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En teoría, las ondas gravitacionales deberían estirarse y contraerse en el espacio, moviéndose a través de él. El Dr. Weiss asumió que tal perturbación debería cambiar la longitud de la trayectoria de uno de los rayos láser, debido a que los dos rayos perderán sincronización cuando lleguen al detector, y a partir de la diferencia en la desincronización será posible determinar los patrones de interferencia.
La idea fue atrevida y revolucionaria. Y eso es ponerlo suavemente. Para capturar ondas gravitacionales de amplitud esperada utilizando la técnica de interferencia, los físicos tuvieron que detectar una diferencia en la distancia que era una parte en mil billones de billones. Es como medir la distancia entre la Tierra y el Sol en la escala de un solo átomo, mientras se monitorean todas las demás fuentes de vibración y error que pueden suprimir una señal tan débil.
Como era de esperar, el Dr. Thorne, quien se convirtió en uno de los premios Nobel este año, planteó el problema como una tarea en su libro de texto de 1973. Llevó a los estudiantes a la conclusión de que la interferometría como método para detectar ondas gravitacionales no era buena. (Está bien, señores, estudiantes, a veces no tienen que hacer sus deberes). Pero con un estudio más profundo de este problema, el Dr. Thorne se convirtió en uno de los más firmes defensores del método interferométrico.
Convencer al Dr. Thorn fue más fácil que obtener fondos y atraer estudiantes al trabajo. La National Science Foundation en 1972 rechazó la primera propuesta del Dr. Weiss. En 1974 hizo una nueva propuesta y recibió algunos fondos para el estudio de diseño. En 1978, el Dr. Weiss señaló en su solicitud de financiamiento: "Gradualmente, me di cuenta de que este tipo de investigación es mejor realizada por científicos incuestionables y posiblemente estúpidos, así como por jóvenes estudiantes graduados con tendencias aventureras".
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El alcance del proyecto se expandió gradualmente. Los enormes brazos del interferómetro ahora tenían que extenderse varios kilómetros, no metros, y estar equipados con la óptica y electrónica más modernas. Al mismo tiempo, el presupuesto y el equipo de investigación crecieron. La implementación de este complejo proyecto ahora requería no solo un profundo conocimiento de la física, sino también habilidad política. En algún momento, los intentos de construir uno de estos grandes detectores en Maine fracasaron debido a la rivalidad política y los acuerdos entre bastidores de los apparatchiks del Congreso. Esto les enseñó a los científicos que hay más interferencia que los rayos láser.
Sorprendentemente, la National Science Foundation aprobó la financiación de PIOGV en 1992. Fue el proyecto más caro de la fundación, como lo es hasta el día de hoy. El momento era el adecuado: después del colapso de la Unión Soviética a fines de 1991, los físicos se dieron cuenta instantáneamente de que la justificación de la Guerra Fría para la investigación científica en el Congreso ya no era válida.
Fue por esta época cuando las tácticas presupuestarias en los Estados Unidos entraron en una nueva fase. Ahora, a la hora de planificar proyectos a largo plazo, era necesario tener en cuenta las frecuentes amenazas de suspensión de las actividades de los órganos estatales (a veces se realizaban). Esto complicó la situación presupuestaria, ya que ahora el enfoque estaba en proyectos a corto plazo que prometían resultados rápidos. Si hoy se propusiera un proyecto como PIOGV, es difícil imaginar que recibiría aprobación.
Sin embargo, PIOGV demuestra ciertas ventajas de un enfoque a largo plazo. Este proyecto ejemplifica la estrecha relación entre ciencia y educación que va mucho más allá de las tareas escolares. Muchos estudiantes de pregrado y posgrado del equipo de PIOGV se convirtieron en coautores de un artículo histórico sobre las ondas detectadas. Desde 1992, se han escrito casi 600 disertaciones en el marco de este proyecto solo en los Estados Unidos, que fueron preparadas por científicos de 100 universidades y 37 estados. La investigación científica ha ido mucho más allá de la física y ahora abarca áreas como el diseño de ingeniería y el desarrollo de software.
PIOGV muestra lo que podemos lograr al mirar más allá del horizonte y no aferrarnos a los presupuestos e informes anuales. Al construir máquinas altamente sensibles, educar a jóvenes científicos e ingenieros dedicados e inteligentes, podemos poner a prueba nuestra comprensión fundamental de la naturaleza con una precisión sin precedentes. Tales esfuerzos a menudo conducen a mejoras en las tecnologías utilizadas en la vida cotidiana: el sistema de navegación GPS se creó como parte del trabajo para probar la teoría general de la relatividad de Einstein. Es cierto que estos descubrimientos inesperados son difíciles de predecir. Pero con paciencia, perseverancia y suerte, podemos mirar hacia las profundidades más recónditas del universo.
David Kaiser es profesor y conferenciante de física e historia de la ciencia en el Instituto de Tecnología de Massachusetts. Con W. Patrick McCray, ha editado Groovy Science: Knowledge, Innovation, and the American Counterculture.
