Bruno Olaizola (CERN): Entrevista Exclusiva para AT

Hoy publico esta entrevista, una muy especial y de esas donde he aprendido mucho sobre la física. Y todo gracias al Dr. Bruno Olaizola, que es el protagonista. Para los que no lo conozcan, se trata de un físico nuclear experimental español y Senior Fellow del CERN.

Para saber más sobre Bruno, y todas las cosas interesantes que nos tiene que contar sobre la física, te invito a seguir leyendo la entrevista completa…

Architecnología: Siempre suelo comenzar con esta pregunta: ¿Quién es Bruno Olaizola?

Bruno Olaizola: Hola Isaac, un placer charlar contigo. Pues soy un senior fellow en el laboratorio europeo CERN. En concreto trabajo en ISOLDE, estudiando la estructura de los núcleos atómicos, que forman adoptan los protones y los neutrones cuando se juntan. Pensábamos que se organizarían en esferas, pero en realidad adoptan formas tan variadas como la de un balón de rugby, de lenteja o incluso de pera.

AT: ¿Cuándo comenzó a interesarte la física?

B. O.: Ya desde pequeño me encantaba la ciencia. Veía las series de Erase una vez los inventores o Cosmos de Carl Sagan, me leía los libros de divulgación de Stephen Hawkins e iba al museo de Ciencias Naturales de Madrid casi todas las semanas. Conseguí convencer a mis padres para que me compraran un Quiminova, pero luego no me dejaron hacer ningún experimento porque decían que eran muy peligrosos. Así que me pase a la física, donde las posibilidades de hacer un gas venenoso en el salón de casa eran un poco más bajas.

AT: ¿Tienes algún referente en la vida? ¿Alguien que te haya inspirado?

B. O.: Pues recuerdo leer la autobiografía de Richard Feynmann y pensar que era un personaje de lo más variopinto, gano el premio Nobel de física y el festival de percusión de Rio de Janeiro. Pero investigando en Física Nuclear, desde luego el referente es Marie Curie, la única persona (no digamos ya mujer) en ganar dos premios Nobeles en categorías de ciencia distintas. Aunque tuvo un final trágico, ya que la mato la radioactividad que ella mismo descubrió.

AT: ¿Cómo terminaste enrolado en el CERN? ¿Y cuál es tu función dentro de la organización?

B. O.: Yo hice la tesis en la Complutense de Madrid, y después me fui a investigar a Canadá. Estuve casi tres años en la Universidad de Guelph (cerca de Toronto) y otros tantos en TRIUMF, Vancouver, la versión canadiense del CERN. Aunque estuve muy feliz ahí, decidí que ya quería volver a Europa y aplique al CERN fellowship program. Todos los científicos queremos trabajar ahí, así que solo te suelen contratar si ya has demostrado tu experiencia en otros laboratorios.

Yo estoy al cargo del ISOLDE Solenoidal Spectrometre (ISS). Es un imán superconductor MRI que nos donó un hospital de Australia. Hacemos reacciones nucleares dentro del imán, y el potente campo magnético que crea nos ayuda a separar los productos de la reacción. Con esto podemos aprender que forma adoptan los núcleos atómicos o que tipo de reacciones son las que permiten al Sol generar luz y calor, por ejemplo..

AT: Me ha llamado la atención tu tesis. ¿Puedes explicar sobre los isótopos exóticos ricos en neutrones (qué son, posibles aplicaciones,…)?

B. O.: En el centro de los átomos esta el núcleo (parecido al Sol que está en centro del sistema solar) formado por protones y neutrones. Para que el núcleo sea estable, tiene que haber un equilibrio entre el numero de protones y neutrones. Por ejemplo, el núcleo de los átomos de carbono del que estamos hechos tiene 6 protones y 6 neutrones. Pero un porcentaje infinitesimal de esos núcleos de carbono tiene 8 neutrones en vez de los 6 habituales (el famoso carbono-14). Ese desequilibrio entre el numero de neutrones y protones es lo que hace que el carbono-14 sea radioactivo (emita energía al convertir uno de sus neutrones extra en un protón) y el carbono-12 normal sea estable. Pues yo estudio núcleos que tienen muchos más neutrones que protones, tantos, que apenas existen durante unos pocos milisegundos antes de desintegrarse y transformarse en otro núcleo más estable (con un mayor equilibrio entre protones y neutrones). Estos núcleos (o isótopos) no existen en la Tierra, tan solo en las explosiones de estrellas (supernova), y por eso les llamamos exóticos. Por supuesto, no podemos llevar nuestros detectores de radiación al interior de una estrella que está explotando, así que lo que hacemos es acelerar protones muy rápido en el CERN para que choquen contra núcleos y crear estos isótopos exóticos para estudiarlos.

Yo esto lo estudio a un nivel fundamental, es decir, solo para entender como es posible que existan estos isótopos exóticos y cuales son las fuerzas que los mantienen unidos, aunque sea durante un periodo de tiempo tan corto. Pero algunos de estos isótopos tienen aplicaciones prácticas tan variadas como medicina nuclear, detectores de humo o esterilización de herramientas y comida.

AT: El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) es una máquina monstruosamente grande y que genera una ingente cantidad de información para el supercomputador del CERN con cada impacto de partículas. ¿Puedes explicar “para dummies” cómo funciona (desde que comienza hasta que impactan las partículas)?

B. O.: El LHC va un paso más haya que mis experimentos y estudia cosas incluso más pequeñas que los núcleos atómicos, las llamadas partículas subatómicas. Para poder crear esas partículas y estudiarlas, necesitamos concentrar grandes cantidades de energía en un espacio diminuto. Y eso lo hacemos a lo bruto, colisionando partículas que se mueven muy, muy rápido, casi a la velocidad de la luz. Las partículas que aceleramos son, o bien protones o núcleos de plomo, pero en ambos casos tienen una carga eléctrica positiva. Utilizamos esa carga eléctrica para acelerarlas con un potencial eléctrico y luego usamos imanes para que se muevan en una trayectoria circular. Así, en cada vuelta que dan al anillo, pasan por el potencial eléctrico y se mueven un poco más rápido. El problema es que una partícula cargada que se mueva en círculos va perdiendo energía al emitir radiación electromagnética. Así es como funcionan las antenas emisoras, por ejemplo. La cantidad de energía que pierden depende de la velocidad que lleven y del radio de curvatura. Así que, si queremos que se muevan muy rápido, tienen que hacerlo en anillos muy grandes, para que pierdan menos energía. Y por eso el LHC tiene 27 km de perímetro, la maquina más grande jamás construida por la humanidad.

Otra característica del LHC es que tiene un doble anillo, para que unas partículas se muevan en sentido horario y otras en antihorario, y cuando alcancen la energía necesaria, los anillos se cruzan y las partículas colisionan. Las partículas en realidad no tienen tanta energía, menos que el vuelo de un mosquito, pero al ser tan pequeñas, estas colisiones crean densidades de energía enormes que crean un torrente de partículas subatómicas. Y alrededor de esos puntos de colisión de partículas hay instalados gigantescos detectores de partículas, capaces de medir la energía y dirección de cada una de estas partículas creadas. Y ahí es cuando entran en juego los superordenadores de los que hablabas, que tratan de procesar toda la información que se genera: unos dos petabytes al día, el equivalente a unos mil ordenadores personales.

AT: La energía nuclear ahora está de “moda” debido al cambio climático. ¿Crees que pronto tendremos reactores de fusión comerciales (más allá de los experimentales tipo ITER, etc.) en Europa que puedan sustituir a los de fisión para generar energía? ¿Cuáles son los retos que hay que salvar y por los que aún no se ha extendido esta fuente de energía (temperatura, seguridad, confinamiento magnético,…)?

B. O.: Hay dos métodos principales para extraer energía usando procesos nucleares: la fisión y la fusión. En la fisión se usa un núcleo muy grande (uranio-235, que tiene 92 protones y 143 neutrones), que se rompe en dos núcleos más pequeños, liberando mucha energía en el proceso. El gran problema es que esos dos núcleos resultantes serán radioactivos durante miles de años, los famosos residuos radioactivos. Por el contrario, en la fusión nuclear, usamos dos núcleos muy pequeños (deuterio, con un protón y un neutrón, y tritio, con un protón y dos neutrones), que se fusionan formando un núcleo más grande (helio, con dos protones y dos neutrones más otro neutrón libre). Este proceso también libera mucha energía (la luz del Sol, por ejemplo, viene de este proceso), pero el gran beneficio es que los “desechos” directos que se producen (el helio), no son ni radioactivos, ni tóxicos, son totalmente inocuos. De hecho, muchos habréis jugado a respirar el helio de un globo, y los únicos efectos secundarios son voz de pito y un poco de mareo si lo haces demasiado tiempo.

En física tenemos una broma, y es que a la fusión nuclear siempre le quedan 50 años para estar lista, no importa cuando preguntes. Por lo que me temo que no, no va a haber fusión nuclear comercial en el corto plazo, desde luego no lo suficientemente rápido como para ayudarnos con el cambio climático. Y en la fisión nuclear, aunque cada día sea más segura, el problema de los residuos aún no tiene una solución práctica. Así que me temo que el único camino, al menos de momento, es evolucionar a una sociedad que consuma menos recursos, no más.

AT: Por otro lado, ¿cómo se pueden usar estos reactores de fusión para neutralizar residuos nucleares de las centrales de fisión actuales?

B. O.: Como mencionaba antes, la fusión usa deuterio y tritio como combustible y genera helio y neutrones libres como “residuos”. El plan seria colocar los residuos nucleares de la fisión alrededor del combustible de la fusión para que absorban los neutrones resultantes. Al absorber esos neutrones, los desechos se vuelven más radioactivos (el equilibrio entre protones y neutrones del que hablaba al principio), pero paradójicamente, esto es algo bueno, porque lo son durante un tiempo mucho más corto. Y mejor todavía, al hacerlo de una manera controlada, podemos absorber esa radiación adicional y generar un extra de energía. Aunque la idea es brillante, aun no hay ninguna planta que pueda llevarlo a cabo de manera estable.

AT: ¿Es posible fabricar deuterio y tritio a gran escala para futuras centrales de fusión? ¿Cuáles son los retos más importantes?

B. O.: El deuterio y el tritio son isótopos del hidrógeno, esto significa, núcleos de hidrógeno que han absorbido uno y dos neutrones, respectivamente. El deuterio es estable (no se desintegrará nunca), por lo que en cualquier lugar donde podamos encontrar hidrógeno, un pequeño porcentaje será deuterio. Por suerte para nosotros, el hidrógeno es el elemento más abundante del universo, y en la Tierra forma parte del agua (la H del H2O), por lo que podemos extraer grandes cantidades de deuterio del agua sin problemas. El tritio no es estable, se desintegra en unos 12 años, por lo que no podemos encontrarlo en la Tierra de manera natural. Por contra, el litio si es muy abundante y cuando absorbe un neutrón, emite un tritio. Como ya hemos visto, en los reactores nucleares, tanto de fusión como de fisión, hay gran cantidad de neutrones siendo emitidos, por lo que, añadiendo litio al reactor, podemos usarlos para generar tritio.

A la fusión nuclear aun le queda mucho para ser usada de manera comercial, pero el día que lo consigamos, encontrar combustible no será un problema.

AT: Pasamos a los superconductores. Llevo años escuchando noticias sobre avances en este campo, y sobre la llegada de los superconductores a temperatura ambiente, pero lo cierto es que no llegan. ¿Qué avances se han conseguido?

B. O.: Justo el año pasado, se publico que habían logrado desarrollar un material que se convertía en superconductor a tan solo 14 grados. El descubrimiento, aunque impresionante, tiene un gran problema, y es que requiere presiones similares a las que encontraríamos en el centro de la Tierra. Así que aunque ese material no va a encontrar aplicaciones prácticas, da una buena pista de por donde seguir buscando. Y parece ser que esa pista es que los materiales necesitaran ser ricos en hidrógeno.

AT: La antimateria también parece otra de esas “gallinas de los huevos de oro” como fuente de energía. Sin embargo, fabricarla es un problema mayúsculo. ¿Sabes qué cantidad de antimateria se ha creado en el CERN?

B. O.: La antimateria es como la materia normal, pero reflejada en un espejo, y lo realmente curioso, es que cuando entran en contacto materia y antimateria, se desintegran en energía. Eso quiere decir que la materia y la antimateria no pueden cohabitar en el mismo espacio, ya que antes o después entrarían en contacto y se desintegrarían. Por eso en el universo solo vemos materia, porque cualquier antimateria que se cree se destruirá antes o después. Por lo que me temo que no se puede usar antimateria como una fuente de energía, por el simple hecho de que no existen “depósitos” de donde extraerla.

Lo que quizá si ocurra algún día es que podamos usarla para almacenar energía. Usando grandes aceleradores de partículas como los del CERN, podríamos generar antimateria, confinarla en un campo magnético, y después dejarla que entre en contacto con materia normal para que se desintegre en energía. Hoy en día hacemos cosas parecidas en el CERN, pero gastamos cantidades ingentes de energía para producir cantidades microscópicas de antimateria (estimamos que en toda la historia del CERN hemos producido unas 10 millonésimas de miligramo de antimateria). Por lo que usar antimateria como combustible (o explosivos, como en el libro Ángeles y Demonios) de momento se queda en el terreno de la ciencia ficción.

AT: A parte de una fuente de energía, ¿qué otras aplicaciones podría tener la antimateria?

B. O.: En física fundamental realizamos muchos experimentos con antimateria, pero en realidad ya tiene aplicaciones prácticas. Una de las técnicas más precisas para localizar tumores es la Tomografía por Emisión de Positrones (PET, por sus siglas en ingles). El positrón es la antipartícula del electrón (son partículas idénticas, pero con cargas eléctricas opuestas) y cuando estas dos partículas se tocan, se desintegran emitiendo dos rayos gamma (energía) en direcciones opuestas. Los tumores consumen mucha más azúcar que el tejido sano, así que el truco esta en inyectar un azúcar con isotopos que generen positrones, como el fluor-18. Si después rodeamos al paciente con detectores de radiación gamma, veremos que hay puntos del paciente desde los que se emiten muchos rayos gamma, ya que ahí es donde los positrones se están desintegrando. De esta manera podemos localizar los tumores con precisión de milímetros.

AT: Además de lo citado anteriormente, ¿qué ramas de la física o investigaciones concretas habría que mirar con especial atención por su importancia para la humanidad?

B. O.: Si hablásemos de física fundamental, diría que lo mas relevante son las ondas gravitacionales o la física de neutrinos, pero ninguna de esas dos va a tener aplicaciones practicas en el corto o medio plazo. Pero hay un proyecto en mi campo que si que puede dar aplicaciones practicas relativamente pronto, y son los láseres nucleares. Los láseres actuales funcionan con transiciones de los electrones del átomo; en este proyecto están desarrollando láseres que funcionan con las transiciones de los neutrones y protones del núcleo, en concreto de núcleos de torio-229. Si lo consiguen, esto también les permitirá construir relojes nucleares. Estos relojes y láseres nucleares tendrían ordenes de magnitud más precisión que los atómicos actuales.

Para que te hagas una idea, podrían detectar la diferencia de gravedad en un milímetro de altura. Y esto tiene aplicaciones prácticas. Por ejemplo, puedes encontrar ruinas arqueológicas o depósitos de agua bajo tierra por el cambio en el campo gravitatorio que estos producen. O medir con precisión como los casquetes polares se están derritiendo o las corrientes marinas cambiando. Y no solo se aplicaran en medidas gravitatorias, también pueden mejorar los sistemas GPS o la transferencia de datos. Las posibilidades son casi infinitas.

AT: Y finalmente, ¿qué le dirías a las chicas y chicos que les guste la disciplinas STEM para animarlos a hacer cosas tan grandiosas como trabajar en el CERN?

B. O.: Que si les gusta, pueden empezar desde muy pronto. Hay programas para traer estudiantes de todos los niveles al CERN. Institutos de toda Europa traen a sus estudiantes de visita cada semana. Esta el programa CERN summer student, para que estudiantes de carrera de grado vengan a pasar el verano investigando con nosotros. Y no hace falta irse tan lejos, en España tenemos laboratorios, que aunque no sean tan grandes como el CERN, son importantes en sus campos. El CMAM en Madrid, ALBA en Barcelona o el CNA en Sevilla son solo algunos ejemplos que conozco.

Y que no se crean que la ciencia es solo para cerebritos. Lo más importante en un investigador es que este motivado para trabajar en un proyecto durante muchos años. Descubre algo que te apasione y de lo que quieres saber en profundidad. Esa curiosidad es la característica de un buen científico o científica.

AT: ¡Muchas gracias Bruno! Un placer…