Las predicciones científicas de la revista Nature para el año 2011

Todos los años, en el primer número de enero de la revista Nature, periodistas científicos predicen algunos descubrimientos científicos que serán noticia dicho año. Las predicciones no siempre son acertadas, pero yo diría que aciertan algo así como el 50%. Las predicciones para 2011 se publicarán en papel el 6 de enero, pero aparecieron online ayer: Richard Van Noorden, Heidi Ledford & Adam Mann, “New year, new science,” News, Nature, Published online 31 December 2010. Las recopilaré con algunos comentarios de mi propia cosecha.

El superláser del NIF logrará la fusión nuclear. Una predicción arriesgada, pero es seguro que los científicos que trabajan en elNational Ignition Facility, en elLawrence Livermore National Laboratory, California, EE.UU., la instalación con el láser más potente del mundo, tratarán de lograr que la fusión nuclear de una muestra de isótopos de hidrógeno produzca más energía que la energía incidente del láser. Los expertos, según Nature, le dan un 50% de posibilidades a que lo logren. Quien sabe, si no es este año, será el siguiente, o el siguiente, …, ya se sabe que la fusión nuclear es la energía del futuro, del futuro que nunca llega. Este año (2010), el proyecto de reactor de fusión ITER ha tenido problemas de financiación ya que la Unión Europea ha recortado su contribución. La fusión nuclear mediante tokamaks de confinamiento magnético siempre está a 25 años vista. Esperemos que si el NIF se pone a la zaga y meta presión sobre el ITER, en los próximos años nos llevemos la sorpresa de que la fusión nuclear empiece a estar a solo 20 años vista.

Primera evidencia firme de la partícula responsable de la materia oscura. No, en Nature no esperan que esta partícula sea descubierta en el Large Hadron Collider (LHC) del CERN, en Ginebra, sino que sea desvelada por los experimentos subterráneos que publicarán sus datos el año que viene, como XENON100, en el Laboratorio Nacional de Gran Sasso, cerca de L’Aquila, Italia, y CDMS-II (Cryogenic Dark Matter Search) en la Mina de Soudan, en el norte de Minnesota, EE.UU. Según Nature, los expertos creen que alguno de estos laboratorios podría presentar una resultado positivo este año. Este año también se espera que asistamos a los últimos lanzamientos de la lanzadera espacial Endeavour de la NASA. El último, salvo que el Congreso Americano diga lo contrario (pues podría autorizar uno para noviembre), será en abril y enviará a la Estación Espacial Iternacional (ISS) el Espectrómetro Magnético Alfa (Alpha Magnetic Spectrometer o AMS) que estudiará los rayos cósmicos en busca de partículas de antimateria y de la materia oscura. No podemos esperar resultados científicos importantes del AMS para 2011 pero seguro que a finales de año publicarán los resultados de los primeros 6 meses de funcionamiento. Nunca se sabe, quizás AMS nos ofrezca la primera evidencia firme del secreto de la materia oscura.

Primera evidencia de la existencia de la supersimetría. Me vais a llamar aguafiestas, pero disiento de Nature, no creo que la SUSY sea descubierta en el LHC del CERN en 2011. En Nature ya predijeron las primeras pruebas de la SUSY en 2010 y se equivocaron. Pero no cejan, vuelven a predecirlas para 2011. La supersimetría proclama que cada partícula conocida tiene una compañera más pesada aún por descubrir, llamada superpartícula o supercompañera. La mayoría de los físicos teóricos creen que la partícula responsable de la materia oscura es una superpartícula (WIMP), en cuyo caso tendría una masa que permitiría que fuera descubierta en el LHC. Sin embargo, que las energías de las colisiones del LHC sean suficientes para desvelar la primera supercompañera es la predicción de los modelos más sencillos que corrigen el modelo estándar (modelos supersimétricos minimales). La SUSY introduce tal número de parámetros libres (los modelos minimales ya introducen más de 100) que es muy fácil ajustar las predicciones para que la masa de la superpartícula menos masiva sea muy superior a las energías alcanzables en el LHC. En mi opinión personal, la SUSY será descubierta en el s. XXI, pero hay que ser muy optimistas para pensar que el LHC la desvelará.

Se reduce el cerco para la búsqueda del bosón de Higgs.  El bosón de Higgs (o los bosones de Higgs, pues es muy posible que haya más de uno) será noticia en 2011, no por su descubrimiento, que yo no anticipo antes de 2013, sino por los nuevos límites de exclusión para su masa, tanto los obtenidos por el Tevatrón del Fermilab, en Batavia, cerca de Chicago, Illinois, EE.UU., que se publicarán durante el verano de 2011, como los obtenidos combinando las búsquedas de los experimentos ATLAS y CMS en el LHC del CERN, que se publicarán a finales del año 2011. La masa mínima para el bosón de Higgs obtenida en el Tevatrón se acercará, aunque no creo que supere, el límite obtenido por LEP2 del CERN hace casi 10 años. Pero el límite superior, 158 GeV/c², se reducirá bastante; en Nature no se atreven con ningún número, pero yo diría que se reducirá a unos 130 GeV/c²; es decir, a finales de 2011 podríamos estar buscando al bosón de Higgs en el intervalo de masas de 115 a 130 GeV/c², lo que puede parecer un pequeño avance, pero la frontera en la física de partículas elementales experimental siempre avanza más lento de lo que a los físicos teóricos les gustaría. También sabremos en 2011 si el LHC estará en modo colisiones en 2012, o en modo reparación, y si el Tevatrón acabará sus días en septiembre de 2011, como está previsto, o los prolongará hasta 2014 (si se aprueba su financiación, recomendada por la mayoría de los expertos).

Las ciencias del espacio y la NASA son siempre una apuesta segura a la hora de predecir noticias. En 2011 asistiremos a los dos últimos vuelos (o misiones) de la lanzadera espacial Endeavour (quizás podría haber un tercero y último a finales de año, que está solicitado a falta de financiación). Pero la NASA será noticia también por las sondas de exploración del sistema solar. En marzo, la misión Messenger de la NASA se pondrá en órbita alrededor de Mercurio, el planeta más cercano al Sol, y en agosto, la sonda Dawn de la NASA se pondrá a orbitar al asteroide Vesta, uno de los más grandes del cinturón de asteroides entre Marte y Júpiter. La NASA lanzará varias misiones este año, la sonda Juno, que orbitará los polos de  Júpiter, los dos satélites gemelos de la misión GRAIL, que medirán el campo gravitatorio de la Luna, y el róver marciano MSL (porMars Science Laboratory), un explorador marciano motorizado del tamaño de un automóvil que recorrerá la superficie del planeta rojo.

Por otro lado, muchas voces apuntan a que el telescopio espacial Kepler de la NASA descubrirá la primera tierra fuera del sistema solar (un exoplaneta con una masa igual a la de la tierra orbitando una estrella similar a nuestro Sol). Kepler ha descubierto cientos de nuevos planetas cuyos datos orbitales todavía no han sido publicados y se espera que conduzcan a varias noticias este año.

Más aún, la NASA y la ESA no descuidan el análisis de nuestro propio planeta, con énfasis en los efectos del cambio climático. El satélite GOCE (Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer) de la ESA, que fue lanzado en mayo de 2008 para medir con altísima precisión el campo gravitatorio de la Tierra, publicará sus primeros resultados este año. Se espera que dichos datos permitan estudiar las variaciones del nivel de los oceános con gran precisión. La NASA lanzará en febrero el satélite Glory para medir la irradiancia solar que recibe la Tierra y el efecto de los aerosoles, y en junio el satélite Aquarius para medir la salinidad de los oceános.

Otras noticias relevantes según Nature. Los testigos del cambio climático en los hielos de Groenlandia del proyecto NEEM (North Greenland Eemian Ice Drilling) alcanzaron en julio de 2010 los 2500 metros de profundidad y los primeros resultados, que desvelarán detalles del periodo interglaciar eemiense (hace entre 130.000 y 115.000 años), cuando la temperatura global de la Tierra era 5°C más caliente que en la actualidad, se publicarán próximamente. Se esperan también nuevos resultados de los análisis del estudio de asociación genómica (GWAS) sobre cómo afectan los genes a ciertas enfermedades, como la obesidad y la diabetes, y al metabolismo en general. Igual que el año pasado, en Nature vuelven a asegurar que será noticia la explosión de genomas de nuevos seres vivos que serán secuenciados y publicados este año.  También serán noticia las células madre pluriopotentes inducidas  (iPS), en especial como modelos para el estudio de desórdenes psiquiátricos y para el descubrimiento de nuevos fármacos (screening preclínico). Telaprevir, el nuevo fármaco para combatir la hepatitis C, enfermedad vírica que afecta al 3% de la población mundial, será aprobado este año en EE.UU. (US Food and Drug Administration). Finalmente, la biología sintética, que gracias al trabajo del español Ricard Solé y sus colegas ha entrado en el dominio multicelular, ofrecerá gran número de noticias en el contexto de colonias de bacterias y sus usos farmacológicos en medicina.

Ya que estamos puestos, me gustaría aportar mi granito de arena a las predicciones de Nature. Permitidme algunas predicciones adicionales de mi propia cosecha.

Se descubrirá la existencia de una cuarta generación de partículas elementales. En enero de 2010, los datos cosmológicos más precisos obtenidos a partir del fondo cósmico de microondas, obtenidos por el satélite WMAP tras 7 años de observaciones, indicaban que había 4 generaciones (familias) de neutrinos (4’34 ± 0’86 familias al 68% CL). Estos datos contradecían a los del LEP2 del CERN que indican la existencia de  sólo 3 familias de neutrinos afectados por la fuerza débil (2′9840 ± 0′0082 familias). Pero LEP2 solo limita la existencia de neutrinos ligeros y un neutrino con una masa mayor de unos 50 GeV/c² sería compatible con LEP2. Nadie espera que se publiquen, de forma anticipada, datos del satélite Planck (se esperan para 2012), pero quizás se brinde alguna noticia al respecto, para que el público sepa que Planck sigue “vivo.” Esta noticia sería un descubrimiento menor para Planck, ya que sus grandes descubrimientos irán en la línea de la teoría de la inflación y la posibilidad de ondas gravitatorias en los primeros instantes de la gran explosión. También podría haber evidencia a favor de una cuarta generación de partículas en el LHC del CERN, que ya ha ofrecido límites de exclusión por encima de los ofrecidos por el Tevatrón del Fermilab, pero todavía muy inferiores a los que se obtendrán a finales de 2011.

Ya hemos dicho que el bosón de Higgs no será descubierto en 2011. Pero el bosón de Higgs es la partícula estrella de la física de partículas en la actualidad y todo apunta que tiene una masa alrededor de 115 GeV y no superior a 120 GeV. Aún así, el límite inferior de LEP2 es de 114’4 GeV y el límite superior del Tevatrón (CDF+DZero), si existe una cuarta generación de partículas (modelo SM4), es inferior a 130 GeV. Quizás sea noticia la publicación de la reducción de este límite superior para el SM4. Quizás nuevas técnicas de análisis permitan descubrir un Higgs supersimétrico de baja masa (por debadjo de 100 GeV), pero parece poco probable. Aún así, podría haber cierta evidencia cuando se analicen en el LHC lasdesintegraciones en dos fotones del Higgs, las desintegraciones en las que el LHC (con pocos datos) gana con creces al Tevatrón (aunque tenga muchos datos).

Otras posibles noticias en física de partículas. Se espera que el LHC del CERN funcione desde el 21 de febrero hasta principios de noviembre con colisiones protón-protón a 8 TeV (en 2010 fueron a 7 TeV) y que acumule entre 2 y 3 inversos de femtobarn de datos (entre 40 y 60 veces más datos que este año); también se espera, y será noticia por ello, que seguirá funcionando durante 2012 (para recabar otro tanto). La razón fundamental es que todo indica que buscar el bosón de Higgs en el LHC será más fácil de lo que se pensaba. En las conferencias del verano (julio de 2011) y en las de invierno (diciembre 2011) aparecerán noticias muy interesantes sobre la búsqueda del bosón de Higgs (nuevos límites de exclusión para su masa), sobre la búsqueda de la supersimetría y sobre temas más exóticos (nuevos límites de exclusión del gravitino, ausencia de agujeros negros, …). No se espera ningún descubrimiento importante definitivo pero podría haber señales y evidencias a favor de la existencia del Higgs y de la SUSY que podrían ser motivo de noticias en muchos medios. Por otro lado, las colisiones de iones pesados (Pb-Pb) a finales de 2010 en el LHC del CERN están siendo analizadas ahora mismo. Quizás para el verano de 2011 se publicará el redescubrimiento de la antihipermateria en el LHC y alguna que otra sorpresa técnica. La física de los neutrinos también ofrecerá varias noticias interesantes en 2011; por ejemplo, SuperKamiokande publicará las medidas más precisas del ángulo θ31 (que mezcla neutrinos electrónicos y tauónicos); también serán noticia los primeros resultados de ICARUS T600, el detector de neutrinos utilizando argón líquido más grande del mundo, en el laboratorio subterráneo LNGS (Assergi, Italia) del INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare); finalmente, IceCube, el detector de neutrinos en la Antártida cuya instalación finalizó en diciembre de 2010, empezará a tomar datos en mayo de 2011, por lo que será noticia tras el verano cuando se presenten los primeros resultados de las búsquedas de neutrinos y materia oscura.

También creo que serán noticia la gravitación y los agujeros negros. En 2010 la noticia ha sido el desarrollo de trampas de antihidrógeno (antimateria) capaces de almacenar 38 antiátomos y todo apunta a que en 2011 será el anuncio de los primeros resultados en la medida de la gravedad aplicada a la antimateria. Nadie espera sorpresas, pero la confirmación de que la gravedad funciona igual con la materia que con la antimateria será noticia en todos los medios. En 2010 también se publicó la primera observación de la radiación de Hawking en un medio óptico no lineal, resultado que ha sido criticado por algunos especialistas. En 2011, yo apostaría a que será publicada la primera observación en un BEC (condensado de Bose-Einstein). Si se confirma pondrá a Hawking en la carrera hacia el Nobel. Si no se observa en BEC también será noticia ya que se pondrán dudas muy serias sobre la observación realizada este año.