Con las tropas empantanadas en el frío invierno del frente ruso, la situación se volvía desesperada. Hitler ordenó la movilización de la economía y el Army Weapons Bureau inició una revisión de todos los proyectos. Al Club del Uranio se le informó de que seguiría teniendo el apoyo en las investigaciones solamente si existía la posibilidad de obtener resultados de una aplicación militar a corto plazo. Cuando los científicos no pudieron garantizar el éxito, hubo que renunciar a las investigaciones del instituto Kaiser-Wilhem de Física y concentrar un modesto presupuesto al apoyo del proyecto del reactor bajo la dirección del su experto nuclear Diebner quien se instaló en los suburbios de Gottow en Berlín.
Pronto encontraron nuevos patrocinadores para continuar sus investigaciones, lo que colocaría a Heisenberg, a pesar del rechazo de muchos experimentales, como cabeza del instituto de investigación reemplazando Diebner. Se ganaba así una pequeña batalla que otorgaba al equipo de Leipzig acceso a todos los suministros de agua pesada, los cuales habían sufrido grandes altibajos debido a varios ataques de los aliados a la planta de Vemork. Finalmente la planta paró la producción tras el bombardeo del 16 de noviembre de 1943.
Heisenberg tomó posesión de su nuevo puesto en Berlín como superior en la investigación nuclear e hizo planes para la construcción de un reactor real basado en los resultados de sus investigaciones y experimentos previos. A pesar de que un estudio sobre el óptimo diseño revelaba que las capas que usaba Heisenberg no eran lo más apropiado y recomendaba el uso de esferas sumergidas en el moderador o, en todo caso, cubos o cilindros, Heisenberg insistió en su diseño. Esto le costó una año más al proyecto, su construcción requería gran cantidad de agua pesada y placas de metal de uranio industrial que no llegarían hasta un año y medio más tarde bajo los constantes bombardeos de los aliados. Diebner, entre tanto, usaba cubos de uranio natural que suspendía de cables en un tanque de agua pesada. En 1943 alcanzaron una multiplicación de neutrones mucho más allá de lo que nunca había hecho el grupo de Leipzig.
Cuando por fin Heisenberg decidió cortar sus placan en cubos ya era demasiado tarde y los equipos tuvieron que ser evacuados hacia el sur. El grupo de Berlín se desplazó al suroeste de Alemania, a la ciudad de Hechingen donde ocupaban una fábrica textil. Hahn desplazó el laboratorio de química a la sureña ciudad del Tailfingen y Diebner su independiente reactor experimental a la ciudad de Stadtilm. Lo que quedaba de los experimentos de Heisenberg se mantenía ahora en una bodega a prueba de bombas construida bajo una roca gigante en la ciudad de Haigerloch. Cuando todo el equipo de Heisenberg estuvo listo para un último intento, la multiplicación de neutrones fue la mayor alcanzada, pero el reactor no consiguió, por poco, alcanzar la criticidad.
Los investigadores alemanes nunca obtuvieron plutonio. En 5 años de investigación Alemania había fallado en conseguir una reacción en cadena autosostenida que permitiera la producción de plutonio en cantidad.
Muchas dudas surgieron a lo largo del proyecto sobre las intenciones de Heisenberg. No solo el mensaje que el físico austrico Fritz Houtermans envió a los aliados donde sugería que Heisenberg estaba retrasando el trabajo ante la posibilidad de catastróficos resultados, también sus visitas durante la guerra a países ocupados contribuyeron a sembrar la duda. Una de las más famosas fue su visita a Copenhague donde mantuvo un encuentro privado con Bohr, encuentro que dio lugar a una obra de teatro que sigue vigente en la actualidad. En su última visita a Suiza, en 1944, su colega suizo Gregor Wentzel le dijo durante la cena: “Ahora tienes que admitir que la guerra se ha perdido“, a lo que Heisenber replicó “Hubiera sido tan bonito haberla ganado”.
Soldados aliados desmantelando el reactor de Haigerloch
El 25 de Abril de 1945 la misión de inteligencia científica Alsos entraba en el sur de Alemania y capturaba a algunos de los principales científicos. Una semana más tarde Diebner y Gerlach eran detenidos en la bombardeada Universidad de Múnich y el 3 mayo Heisenberg era detenido en su ciudad natal de Urfeld. Cinco días más tarde el ejército alemán se rendía en todos los frentes.
El proyecto nuclear alemán llegaba a su fin, pero curiosamente venía acompañado de la noticia del premio Nobel de química para Otto Hahn por el descubrimiento de la fisión. En aquellos momentos, en los que la fisión nuclear todavía no había sido usada con fines pacíficos, es posible que el premio contuviera un alto significado político, ya que en enero de 1937 Hitler emitió un decreto por el que prohibía a los alemanes aceptar el premio Novel. Nunca sabremos exactamente por qué la Real Academia Sueca decidió darle el Nobel a Hahn precisamente en ese momento, pero si fue para marcar el final del nazismo, es difícil comprender por qué no incluyó a sus colaboradores judíos.
Bibliografía
Jeremy Bernstein , 2001 Springer Science + Business Media, Hitler’s Uranium Club
David Irving, 1967, The Virus House, Germany’s Atomic Research and allied counter-measures.
Otto Robert Frisch, What little I remember.
Jim Baggott, 2009 Icon books Ltd., Atomic, the first war of physics and the secret history of the atom bomb: 1939-49.
Richard Rhodes, Simon & Schuste Paperbacks, The making of the atomic Bomb.
B. Cameron Reed, 2020 Department of Physics (Emeritus) Alma College, Michigan, Piles of piles: An inter-country comparison of nuclear pile development during World War II.
El año 1940 estuvo plagado de pequeños experimentos. Unos cuarenta físicos y químicos esparcidos en nueve grupos de investigadores en diferentes localizaciones se coordinaron bajo las órdenes de Diebner y el Weapons Bureau, para medir las constantes nucleares de los materiales. A finales de la primavera midieron la longitud de difusión[1] de los neutrones térmicos en el grafito, en verano en el agua pesada[2] y durante el otoño en el óxido de uranio.
Aunque el carbón es mucho más abundante que el agua pesada, las impurezas de boro de las muestras utilizadas en los ensayos lo hicieron erróneamente inviable. El profesor Harteck, ajeno a esta información debido a la poca comunicación entre los grupos, propuso la brillante idea de usar “hielo seco” (dióxido de carbono seco) como moderador, pero su reactor nunca mostró señal alguna de multiplicación de neutrones.
El agua pesada, sin embargo, se revelaba más prometedora de lo esperado teóricamente. Pero la principal fuente de agua pesada en Europa, era una planta situada en Vemork, perteneciente a la compañía Norwegian Hydro–Electric, quien inicialmente rechazó suministrársela a los alemanes al tiempo que la enviaba en secreto y totalmente gratis a los laboratorios de París.
Dos de aquellos grupos de investigadores se concentraron en la construcción del reactor: la sección de física experimental de Heisenberg de la Universidad de Leipzig y el Instituto de física Kaiser-Wilhelm bajo la dirección de Diebner. En este último se planificó un pequeño laboratorio de madera en los terrenos del Instituto de investigación en biología y virus, junto al Instituto de física de Dahlem, cuyo nombre en clave fue “La Casa de los Virus”.
Los físicos examinaban varias posibles configuraciones y concluían a finales de febrero que para un reactor o pila en capas, sugerencia de Harteck, necesitarían 2 toneladas de uranio y 500 kilogramos de agua pesada. Estos materiales se apilarían en cinco o seis capas de unos 70 a 90 cm de altura. Alternativamente, Heisenberg sugería una pila esférica construida con capas concéntricas de agua pesada y óxido de uranio. A pesar de que este concepto era técnicamente más difícil de adoptar, solo requeriría unos 320 litros de agua y 1,2 toneladas de uranio. Si además aplicaban alrededor de la pila un escudo reflector de carbono el tamaño del reactor se podría reducir todavía más. Todo indicaba que disponer de suficiente agua pesada era vital para conseguir una reacción en cadena en una pila de uranio natural.
En abril de 1940 Alemania ocupaba Noruega y la planta de Vemork estaría al servicio del programa nuclear alemán.
En julio de 1940 Alemania había ocupado París y también el laboratorio de Joliot con todo el equipamiento del ciclotrón americano a medio construir.
En octubre de 1940 “La Casa de los Virus” estaba lista y además del laboratorio disponía de un espacio circular de ladrillos de 6 pies de profundidad donde la vasija del reactor se cubriría de agua que operaría como blindaje y reflector para prolongar la reacción en cadena una vez iniciada. Aquí se montaría el primer reactor nuclear experimental del mundo (B-I).
La posición de Alemania en la carrera nuclear era en ese momento impresionante y alarmante: disponía de una fábrica de agua pesada, miles de toneladas de compuesto de uranio de los territorios ocupados, estaba a punto de completar un ciclotrón y tenía un cuerpo de físicos, químicos e ingenieros liberado de las demandas de la guerra además de disponer de la industria química más importante del mundo.
Pero no hay camino sin baches. La planta noruega de producción de agua solo generaba 10 kilogramos al mes, hacia finales de año tan solo habían recibido 8 litros desde Vemork. Se estudiaron alternativas inviables como crear su propia planta de producción, pero finalmente se instaló en Vemork un nuevo proceso que permitiría aumentar la producción, alcanzando hasta 5 toneladas de agua pesada al año.
Por si esto fuera poco, el profesor Hans Jensen había alcanzado la conclusión de que le método de elegido para la separación del U-235 no era viable. Alternativas radicales empezaron a discutirse: la posibilidad de un método electromagnético, el uso de ultracentrifugadoras o la aplicación de difusión térmica. Debían empezar de nuevo desde cero.
Poco a poco, la rivalidad entre grupos por obtener los suministros de agua y uranio se hacían patentes.
mini serie de 2015
Durante el verano de 1941 los avances eran menores de lo esperado, pero finalmente el departamento militar de investigación alcanzó un acuerdo con la empresa Noruega de Agua que suministraría 1500 kilogramos de agua pesada, de los que tan solo entregó 361 en octubre. La lucha por el agua pesada fue un objetivo de los aliados que bien merece un capítulo aparte y que fue llevado al cine e incluso a una miniserie muy recomendable.
Para final de año la industria alemana había fabricado unas dos toneladas y media de metal de uranio en forma de placas. El profesor Heisenberg pudo construir su segunda pila experimental. No obtuvieron ningún incremento de neutrones, pero al revisar los cálculos y darse cuenta que las capas de aluminio podían haber absorbido los neutrones, empezaron a “sentir en sus huesos” que iban por el buen camino. La serie de experimentos de Leipzig prosperaba y aumentaba la confianza entre los investigadores que eliminaban una a una todas las posibles fuentes de error albergando falsas esperanzas.
”Lo que estamos viendo es que se abre un camino hacia adelante que nos dirige a la bomba atómica” llegaría a decir Heisenberg en septiembre de 1941. La posibilidad de una fisión controlada o incontrolada se convertía poco a poco en una realidad y con ella la de obtener material fisionable para la fabricación de una bomba a partir del reactor en lugar de usando sofisticadas técnicas de separación de isótopos. El grupo de Berlín había descubierto el Uranio-239 como resultado de la captura neutrónica de un neutrón por el U-238, este decaía a neptunio en 23 minutos, tal como los americanos reportaron en 1940 este decaía a su vez en 2,3 días a un elemento de vida más larga, el elemento 94 -el plutonio- elemento físil que se puede extraer por métodos químicos y usarse como explosivo.
Pila alemana del grupo de Leipzig (L-IV)
Los sucesivos intentos fueron desalentadores, pues ninguno conseguía alguna multiplicación neutrónica, excepto el último intento de grupo de Leipzig (pila L-IV) con dos esferas concéntricas de aluminio rellenas de unos 250 kilogramos de polvo de uranio, 140 de agua pesada y una fuente de neutros de radio-berilio situada en su centro. Por fin median más neutrones de los que eran absorbidos (un aumento del 13%). Fue la primera multiplicación neutrónica de la historia. Si la pila hubiera incluido 5 toneladas de agua pesada y 10 toneladas de uranio metálico hubieran sido capaces de obtener la primera reacción en cadena del mundo. Mérito que finalmente le correspondería al “navegante italiano”, Fermi, en 1942.
Con las bases teóricas de la reacción en cadena, el descubrimiento alternativo del plutonio, la captura de las materias primas necesarias, el apoyo de la industria y el ejército alemán así como el reactor de prueba de Leipzig los esfuerzos alemanes prometían un rápido éxito en el otoño de 1941.
[1] Parámetro que describe cómo se comportan los neutrones en el medio.
[2] Los átomos de hidrógeno en el agua corriente (H2O) tienen un protón y cero neutrones, pero cada núcleo atómico de deuterio en el agua pesada tiene un protón y un neutrón (D2O)
En septiembre de 1939, los principales científicos alemanes del área nuclear recibieron sus órdenes de movilización, pero no al frente, sino a Berlín, donde bajo los auspicios de la ordenanza militar formarían parte del llamado Club del Uranio (Uranverein). Faltaban todavía más de tres años y medio para que se abrieran los Álamos.
La primera conferencia secreta “Schumann conference” tuvo lugar el 16 de septiembre con una viva discusión sobre las posibles características y el modo de funcionamiento de un reactor de uranio. Pocos días antes N. Bohr y J. Wheeler publicaban en la revista American Physical Review una prueba teórica de que el isótopo del uranio, U-235, era en el que con mayor probabilidad ocurría la fisión al ser bombardeado con neutrones lentos y que en ella además se liberaban más de dos neutrones. Pero el uranio natural contiene tan solo 7 partes de cada 1000 de dicho isótopo, por lo que no sería adecuado para la construcción de una bomba.
El proyecto parecía, en palabras de Hahn, tener dificultades “insolubles” por lo que se sugirió que lo más obvio era incorporar al profesor Heisenberg para desarrollar la teoría de la reacción en cadena del uranio. Al parecer no fue una decisión universalmente aclamada ya que entre los físicos experimentales y los teóricos existía un cierto grado de rivalidad por no llamarlo desdén.
Heisenberg se unió al club en la segunda conferencia de Berlín con la clara idea de que había dos posibilidades de extraer energía del núcleo de uranio: de forma controlada en algún tipo de “horno” o en la incontrolada violencia de una explosión. La primera de ella involucraba mezclar el uranio con alguna sustancia (moderador) capaz de ralentizar los neutrones rápidos (alta energía) emitidos durante el proceso de fisión sin absorberlos.
De esta segunda conferencia los científicos alemanes sacaban una doble tarea: desarrollar un proceso a gran escala para la separación del U-235 y determinar mediante medidas las propiedades de todas las sustancias de posible uso como moderador.
A principios de Diciembre, tras trabajar en el problema para estabilizar la reacción con neutrones lentos descubrieron que si la temperatura de la reacción aumentaba, la sección eficaz1 de fisión del uranio disminuiría, con lo que la reacción tendería a apagarse por sí sola a cierta temperatura, la cual dependería solamente del tamaño del reactor.
El informe que Heisenberg enviaba a la oficina de guerra el 6 diciembre mostraba el enorme avance que los alemanes habían conseguido en tan solo dos meses de proyecto pero contenía, sin saberlo, varios errores técnicos que impedirían su avance posterior.
Por motivos de seguridad se referirían al proyecto como “la creación de nuevas fuentes de energía para propulsión de cohetes” y las publicaciones sobre el tema fueron prohibidas hasta 1942 lo que afectaría gravemente a la comunicación entre los distintos grupos de investigadores.
[1] las probabilidades de ocurrencia de una interacción, las cual son dependientes del tipo de núclido que sirve como blanco y de la energía de los neutrones que chocan con el mismo.
Esta historia comenzó en los años treinta, cuando por fin los núcleos desvelan su verdadera naturaleza. Pero la paradoja de la ciencia es que a veces los fenómenos naturales se detectan por casualidad tras una cadena de coincidencias. De hecho cuatro años de errores e hipótesis equivocadas precedieron al descubrimiento, en diciembre de 1938, un año antes del inicio de la guerra, del hecho decisivo de que el núcleo de uranio podía dividirse. Otto Hahn y Fritz Strassmann, responsables del descubrimiento, declaraban que éste se produjo “cuando el momento estuvo maduro para ello”. Fue solo la fortuna la que hizo que ocurriera en Alemania.
La doctora Lise Meitner, colaboradora de Hahn durante casi 30 años que se había visto obligada a abandonar Alemania unos meses antes debido a sus raíces judías, recibió una interesante carta de Otto mientras disfrutaba en Suecia sus vacaciones navideñas en compañía de su sobrino, el físico Otto R. Frisch. En ella, Hahn le consultaba si existía alguna posible explicación, de acuerdo a las leyes de la física, para sus extraños resultados: al bombardear uranio con neutrones en busca de elementos más masivos que este (transuránidos) habían detectado bario[1].
Lise y Frisch, basándose en el modelo de núcleo de la “gota líquida” postulado un par de años antes por Bohr, valoraron la posibilidad de que el núcleo pudiera partirse en dos mitades casi iguales, las cuales al estar eléctricamente cargadas se repelerían fuertemente. Usando la ecuación de Einstein (E=mc2) calcularon que la energía liberada en cada fisión sería suficiente grande – 200 millones de eV- como para causar un salto visible en un grano de arena.
Otto Frisch Lise Meitner, Niels Bohr
A través de largas conversaciones telefónicas, Otto Frisch y Lise Meitner escribieron un artículo con sus hallazgos, en él se hablaba por primera vez del proceso de “fision”. El artículo se recibió en la sede de la revista Nature, en Londres, a mediados de enero pero no sería publicado hasta un mes más tarde. Mientras tanto, el secreto viajaba a través del Atlántico de la mano de Niels Bohr, quien por error se lo confió durante la travesía a su colaborador Leon Rosenfeld, el cual creyendo que ya estaba publicado, lo mencionaría en una conferencia de físicos teóricos indicando además sencillas técnicas experimentales para demostrarlo. Los físicos experimentales presentes se levantaron de entre la audiencia y aun con su sus trajes de etiqueta, fueron inmediatamente a sus laboratorios a repetirlo y confirmarlo.
Dos o tres días más tarde, los periódicos nacionales informaban sobre los resultados y cuando los artículos de Frisch y Meitner y de otros físicos alemanes, que lo confirmaban de forma independiente, fueron finalmente publicados, los laureles ya habían sido depositados sobre otras cabezas, en este caso la de Enrico Fermi y la Universidad de Columbia según The Times.
En aquella conferencia se encontraba Leo Szilard, un errático visionario que ya en 1934 concibió y patentó la noción de reacción en cadena: además de los fragmentos de fisión también se liberarían neutrones que a su vez producirían una fisión en otro átomo de uranio y así sucesivamente. Si la reacción se producía lo suficientemente rápido podría causar una explosión nuclear. Szilard decidió que si de verdad existían esos neutrones, dicha información debía mantenerse en secreto para evitar la posibilidad de que los alemanes pudieran hacer una bomba atómica. Sin embargo la censura en las publicaciones no se haría efectiva hasta mediados de 1940 y entre tanto los alemanes, ávidos lectores de la revista American Physical Review, pudieron acceder y aprovechar toda esa información.
Frédéric Joliot
Entre tanto en Europa, el equipo del profesor Frédéric Joliot confirmaba en su laboratorio de París la existencia de los neutrones que se sospechaba que debían existir durante el proceso de fisión. Ajenos a las recomendaciones de mantenerlo en secreto, el 19 de marzo de 1939 publicaron en la revista Nature una carta que llevaba por título “Liberación de Neutrones en una explosión nuclear de Uranio”.
Éste artículo sería el embrión que llevaría al diputado y Profesor alemán Abraham Esau, presidente del Reich Bureau of Standards, a celebrar el 29 de Abril de 1939 una conferencia secreta para analizar la posibilidad de fabricar un “quemador experimental de uranio”. Para muchos de los asistentes era la primera vez que oían hablar del proyecto de investigación del uranio.
Debido a las circunstancias de la inminente guerra, los científicos de ambos lados sintieron la necesidad de informar a sus respectivos gobiernos del potencial militar de la energía nuclear. Bien conocidas son las cartas de Einstein alertando al presidente Franklin D. Roosevelt sobre la posibilidad de una bomba atómica alemana. Por el lado alemán, la alerta fue una carta fechada el 24 de abril de 1939, en la cual los profesores Hartech y Groth de la Universidad de Hamburgo, informaban a Erich Schumann, responsable de la investigación en armamento del German Army Weapons Bureau, de la posibilidad del uso de la recientemente descubierta fisión nuclear como explosivo muy potente. Schumann puso el asunto en manos de su experto en física nuclear y explosivos, Kurt Diebner, uno de los detenidos en Farm Hall, quien al frente de la Oficina Independiente para la investigación Nuclear consiguió los primeros fondos del ejército para comenzar la investigación.
Así, en el momento en que da comienzo la segunda Guerra Mundial, tan solo Alemania, de entre todas las potencias, tenía un oficial militar dedicado exclusivamente al estudio de las aplicaciones militares de la fisión nuclear. Lo que podría, en principio, parecer un comienzo muy prometedor.
Breve historia del fracaso de la investigación nuclear alemana
Prefacio
El 6 de agosto de 1945 la BBC Home Service anunciaba por radio que una bomba atómica había sido lanzada sobre la ciudad de Hiroshima. El boletín de las seis de la tarde explicaba que esa bomba contenía más poder explosivo que 20.000 toneladas de TNT. El presidente Truman admitía que los aliados habían gastado 500 millones de libras en lo que él denominaba “la mayor apuesta científica de la historia” y que la habían ganado.
Horas más tarde en Farm Hall, una “casa segura” cerca de Cambridge utilizada por el servicio de inteligencia británico, MI6, recibía la noticia Otto Hahn, futuro premio Nobel de química como codescubridor de la fisión nuclear. En abril de ese mismo año, la misión Alsos, de la unidad de inteligencia científica americana, había paralizado el esfuerzo nuclear alemán y capturado a sus principales científicos junto a sus equipos y papers. Diez científicos alemanes, entre los que se encontraba el físico teórico y premio Nobel Werner Heisenberg, permanecieron 6 meses incomunicados en Farm Hall. Sus conversaciones fueron escuchadas y grabadas por micrófonos ocultos. La misión Alsos confirmaba la no existencia de la bomba atómica alemana y a Alemania como la gran perdedora.
A diferencia del proyecto Manhattan, el proyecto de investigación nuclear alemán careció de una fuerte dirección miliar y fue desarrollado por sus principales científicos. No hay mejor evidencia de ello que las grabaciones del proyecto Alsos sobre los eventos del 6 de agosto de 1945. Los alemanes, que veían muy remota la posibilidad de que América tuviera un proyecto de uranio, recibieron la noticia con horror e incredulidad. Se creían muy por delante de los aliados en la investigación nuclear pero, de pronto, se dieron cuenta de que estaban muy por detrás. ¿Cómo podían explicar ante sí mismos y ante el resto del mundo su poco avance en comparación con los aliados?
Una tensa discusión se entablaba entre los detenidos tras escuchar juntos la emisión de radio de las nueve de la noche. “Se daban cuenta de que habían fallado. Se culpaban entre ellos. Culpaban a Hitler. Culpaban a los americanos. Los jóvenes culpaban a los viejos. Los viejos se culpaban entre sí”.
Detenidos en Farm Hall: W. Heisenberg, O. Hahn, M. von Laue, C. F. von Weizsäcker, P. Harteck W. Gerlach, K. Wirtz; K. Diebner, E. Bagge, H. Korsching.
El Dr Krosching, físico del Instituto Kaiser-Wilhelm que trabajó en la separación de isótopos[1], argumentaba que los americanos tenían que haber cooperado a una escala tremenda “lo que hubiera sido imposible en Alemania, donde cada uno decía que el otro era irrelevante”. Revelaba así las rivalidades internas entre los grupos que habían trabajado a pequeña escala en la investigación del uranio en Alemania.
Por su parte von Weizsäcker, físico teórico amigo de Heisenberg, admitía que “la razón por la que no lo habían conseguido era porque no todos los físicos deseaban hacerlo en principio” y añadía “si hubiéramos querido que Alemania ganase la guerra podríamos haber triunfado”.
Sin embargo, los razonamientos técnicos de Heisenberg, cuyos informes habían determinado la dirección del esfuerzo alemán, dejaban patente sus errores conceptuales sobre la física de una bomba atómica. Heisenberg se revelaba como un físico de reactor, lo que de hecho había sido durante los últimos dos años. Unos días más tarde, el 14 de agosto daría una conferencia a sus compañeros de cautiverio donde describía sus ideas sobre cómo se había hecho la bomba atómica y en la que admitiría finalmente que había cometido varios errores técnicos relativos al cálculo de la masa crítica y al moderador de grafito que obstaculizaron el avance del proyecto.
Aquella noche del 6 de agosto, el profesor M. von Laue, eminente físico ganador del premio Nobel por sus trabajos sobre rayos X, le confiaba a su colega Erich Bagge, joven físico antiguo alumno de Heisenberg, que “cuando era un niño quería hacer Física y ver al mundo hacer Historia. Pues bien ―le dijo― he hecho Física y he visto al mundo hacer Historia. Podré contarlo hasta el día de mi muerte”.
[1] Isótopo: Átomo que pertenece al mismo elemento químico que otro que tiene el mismo número de protones, pero diferente número de neutrones.
No hay nada más entrañable que recibir una carta en Navidad, siempre están llenas de buenos deseos y esperanza para el futuro. Pero de entre todas las posibles, la carta a los Reyes Magos es la más excitante de todas. Suelen escribirlas los niños y comienzan casi siempre con «Este año me he portado bien y quisiera que me trajerais…». Como bien expresaba Madame Curie, un científico es su laboratorio «es también un niño colocado ante fenómenos naturales que le impresionan como un cuento de hadas» y que mejor deseo para ellos que llegar a entenderlos.
“Lunes 19 por la tarde, en el laboratorio”, así encabezaba el profesor Otto Hahn en diciembre de 1938 una larga carta destinada a su ex colaboradora, la física austriaca Lise Meitner. En una era en la que las mujeres eran todavía una rareza en los laboratorios, en el Instituto de Química Kaiser Wilhelm en Berlín, un radio químico y una física nuclear formaban una combinación excelente. Por desgracia, su relación profesional cambiaría definitivamente en marzo 1938 cuando Hitler anexionaba Austria y Lise, pese a su larga trayectoria científica y estar bautizada, pasaba a ser considerada tan solo como una judía alemana. Su vida corría peligro, por ello, en julio de ese mismo año, apenas cinco meses antes de conseguir el descubrimiento más extraordinario de sus vidas, Lise escapaba a Suecia vía Dinamarca.
Hahn recordaría con nostalgia las muchas fiestas navideñas del Instituto compartidas con Lise en Berlín. Pero para compensar la pérdida, esta vez su cabeza estaba ocupada con los datos de sus últimos experimentos. Deseaba publicar sus resultados antes del cierre navideño y para su interpretación necesita la ayuda de Mietner. «Quizás tú puedas sugerir una fantástica explicación» aventuraba en su carta, y estaba en lo cierto, pues por fin se descubría y aceptaba que el núcleo de uranio podía dividirse.
Casi ningún descubrimiento es cuestión de suerte, detrás de ese mágico momento hay siempre una larga historia de duro trabajo realizado por muchos y concienzudos científicos. Hay aciertos y errores que nos acercan y alejan del resultado final. De hecho, cuatro años de errores e hipótesis equivocadas precedieron al descubrimiento, en diciembre de 1938, del hecho decisivo de que el núcleo de uranio podía dividirse. Otto Hahn y Fritz Strassmann, responsables del descubrimiento, declaraban que éste se produjo “cuando el momento estuvo maduro para ello”.
Esta historia en realidad comenzó en los años treinta, cuando por fin los núcleos desvelan su verdadera naturaleza. Nombres conocidos y laureados, como J.J. Thomson, Ernest Rutherford, James Chadwick o Niels Bohr cambiarían de manera radical la idea del átomo y abrirían una moderna era de la física nuclear experimental.
Irónicamente, ya en 1934 Enrico Fermi se topó con la fisión sin advertirlo. Fermi y su grupo de Roma bombardeaban con neutrones, uno tras otro, todos los elementos de la tabla periódica hasta llegar al último, el uranio. Su expectativa era encontrar elementos más masivos que este (transuránidos) que no se encontraban de forma natural en la Tierra. La Química Alemana Ida Noddack envió a Fermi un artículo en el que sugería que algunos de los resultados de sus experimentos podían significar que en realidad se había producido una ruptura del átomo de uranio. Quizás porque no estaba bien argumentado y los datos de las masas nucleares no parecían encajar, o simplemente porque en ese momento era un hecho inconcebible, el artículo de Ida fue completamente ignorado.
Cuatro años más tarde, la Dra. Lise Meitner recibía en Suecia la interesante carta de Otto Hahn mientras disfrutaba sus vacaciones navideñas en compañía de su sobrino, el físico Otto R. Frisch. En ella, Hahn le consultaba si existía alguna posible explicación, de acuerdo a las leyes de la física, para sus extraños resultados: al bombardear uranio con neutrones en busca de elementos transuránidos habían detectado bario, elemento muy alejado del uranio en la tabla periódica y mucho menos masivo.
Lise y Frisch, basándose en el modelo de núcleo de la “gota líquida” postulado un par de años antes por Bohr, valoraron la posibilidad de que el núcleo pudiera partirse en dos mitades casi iguales, las cuales al estar eléctricamente cargadas se repelerían fuertemente. Usando la ecuación de Einstein (E=mc2) calcularon que la energía liberada en cada fisión sería suficientemente grande –200 millones de eV- como para causar un salto visible en un grano de arena.
Unos días más tarde, Frisch regresaba a Copenhague y en un breve encuentro transmitía las nuevas a Niels Bohr, quien partiría de inmediato a Estados Unidos. «¡Pero qué idiotas hemos sido! ¡Es exactamente como debe ser!» exclamó entusiasmado y les animó a publicar sus resultados. A través de largas conversaciones telefónicas, Otto Frisch y Lise Meitner escribieron un artículo con sus hallazgos, en él se acuñaba por primera vez el término “fisión”. El artículo se recibió en la sede de la revista Nature, en Londres, a mediados de enero pero no sería publicado hasta un mes más tarde. Mientras tanto, el secreto viajaba a través del Atlántico de la mano de Bohr, quien por error se lo confió durante la travesía a su colaborador Leon Rosenfeld, el cual creyendo que ya estaba publicado, lo mencionaría en una conferencia de físicos teóricos indicando además sencillas técnicas experimentales para demostrarlo. Los físicos experimentales presentes, se levantaron de entre la audiencia y aun con su sus trajes de etiqueta, fueron inmediatamente a sus laboratorios a repetirlo y confirmarlo.
Dos o tres días más tarde, los periódicos nacionales informaban sobre los resultados y cuando los artículos de Frisch y Meitner y de otros físicos alemanes, que lo confirmaban de forma independiente, fueron finalmente publicados, los laureles ya habían sido depositados sobre otras cabezas, en este caso la de Enrico Fermi y la Universidad de Columbia. Según The Times: “La mayor conversión de masa en energía obtenida por métodos terrestres”.
Siete años más tarde, en 1945, Otto Hahn recibiría el premio Nobel por el descubrimiento de la fisión nuclear. Nunca sabremos porqué la Academia eligió ese momento, justo tras acabar la Segunda Guerra Mundial, ni tampoco por qué no incluyo a sus colaboradores de origen judío. Afortunadamente estos serían reconocidos en 1966 con el premio Enrico Fermi, “por sus contribuciones a la química nuclear y sus estudios experimentales, que culminaron en el descubrimiento de la fisión”.
No cabe duda de que este descubrimiento tuvo, entre sus aplicaciones, una contribución decisiva en la forma de producir energía. Pero lo cierto es que los descubrimientos en Ciencia Básica son fundamentales en sí mismos, con independencia de que en un futuro tengan un uso práctico. Por ello, hoy más que nunca siguen vigentes las palabras de Hahn: «Os suplico que os intereséis por esos sagrados edificios llamados laboratorios. Solicitad que sean multiplicados y completados. Son los templos del futuro, de las riquezas y del bienestar».
En un mundo cada vez más necesitado de nuevas y eficientes fuentes de energía, mirar al firmamento en busca de una alternativa segura, respetuosa con el medio ambiente y que sea prácticamente inagotable, no es nada descabellado. La fusión es la fuente de energía principal del universo, del sol y las estrellas. En el núcleo de estos cuerpos estelares, átomos de hidrógeno se fusionan en átomos de helio, más pesado, liberando gran cantidad de energía en el proceso. Sin embargo, reproducir este proceso natural de forma controlada en la Tierra supone uno de los mayores desafíos científicos y tecnológicos del momento.
Fusión nuclear/ Fuente: BBC
La ciencia de fusión del siglo XX identificó como la reacción de fusión más eficiente en laboratorio la producida entre dos isótopos del hidrógeno, el deuterio(D) y el tritio(T) 1. Su fusión (fusión DT) produce la mayor tasa de energía a las más bajas temperaturas, pero para que esta reacción se produzca en el laboratorio deben darse las siguientes condiciones: muy altas temperaturas (del orden de 150.000.000 de grados Celsius); suficiente densidad de plasma de partículas para que aumente la probabilidad de que ocurran colisiones y un tiempo suficiente de confinamiento del plasma, ya que este tiende a expandirse.
El plasma, conocido también como el cuarto estado de la materia, es el estado al que pasa el gas cuando a temperaturas extremas los electrones se separan de los núcleos. Se trata de un estado ionizado del material compuesto por partículas cargadas, núcleo positivos y electrones negativos, que proporciona un ambiente muy ligero, alrededor de un millón de veces menos denso que el aire que respiramos, adecuado para que los núcleos ligeros se puedan fusionar liberando energía. La reacción de fusión se produce en unos dispositivos experimentales llamados tokamak que están diseñados para aprovechar la energía generada en la fusión y que usan campos magnéticos para contener y controlar este plasma.
Hace más de 30 años que un grupo de naciones industrializadas acordaron la realización de un proyecto para desarrollar esta nueva, limpia y más sostenible fuente de energía. Precisamente durante la Cumbre de Ginebra de 19852, el Secretario General de la antigua Unión Soviética, Mikhail Gorbachev, proponía al presidente de Estados Unidos, Ronald Reagan, la idea de un proyecto internacional de colaboración para desarrollar la energía de fusión con fines pacíficos. Sin embargo, hubo que esperar hasta el 21 de Noviembre de 2006 para ver nacer oficialmente en París el proyecto ITER, cuyo significado en latín es «camino».
En la actualidad, la respuesta a este gran reto se articula a través de un ambicioso programa que la Unión Europea está desplegando en colaboración internacional con China, Corea del Sur, Estados Unidos, India, Japón y Rusia como socios fundamentales. El itinerario europeo para conseguir el objetivo de construir una Planta de Demostración de Producción Eléctrica de Fusión (DEMO) contempla dos elementos fundamentales: la construcción y explotación científica tecnológica en el sur de Francia del Tokamak ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) y la construcción de una fuente de neutrones, IFMIF-DONES (International Fusion Materials Irradiation Facility-Demo Oriented NEutron Source) para el desarrollo, cualificación y licenciamiento de materiales capaces de soportar las condiciones extremas a las que estarán expuestos los componentes de la pared del futuro reactor de fusión DEMO.
España es uno de los mayores contribuyentes tecnológicos en IFMIF, es también uno de los países más activos en el proyecto ITER, representando el tercer país de Europa que más contratos tecnológicos ha conseguido hasta el momento en términos de presupuesto total adjudicado. La participación española en el proyecto IFMIF-DONES la lidera el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), organismo reconocido a nivel mundial en el área de energía de fusión.
En diciembre de 20163 se presentó la candidatura española para albergar en Granada el acelerador de partículas con el compromiso económico de financiar el 50% de la construcción del acelerador (200 millones de los 400 millones de euros estimados) y el 10% de los gastos de operación (5 millones al año durante 20 años). En la actualidad, la candidatura de Granada como emplazamiento Europeo para IFMIF-DONES, es una iniciativa conjunta de España y Croacia4, quien tras firmar en 2018 un acuerdo de colaboración abandonaba su propia candidatura en favor de la española. La propuesta conjunta es una solida base para alojar DONES en Europa y representa la apuesta europea frente a la opción de Japón para hacerse con este proyecto estratégico internacional. Si se opta por Europa en vez de Japón, el acelerador de partículas se construiría en el Polígono Industrial Metropolitano de Escúzar y supondría un macro-proyecto científico asociado a Granada que generará una primera inversión de unos 800 millones de euros.
En el largo camino para la instalación del IFMIF-DONES en España ya se ha superado un exigente proceso de evaluación llevado a cabo por Fusion for Energy (F4E)5, la agencia europea que gestiona la participación europea en ITER. Los expertos han evaluado las condiciones de Granada para acoger científicos y tecnólogos, así como la situación de los terrenos donde se construiría la instalación y la red de transportes con los que cuentan Escúzar y el Parque Metropolitano y Tecnológico de Granada. En el proceso de selección de candidatura, además del compromiso económico, se tendrán en cuenta las capacidades técnicas de los candidatos. Andalucía no solo cumple los requisitos para albergar el acelerador, sino que dispone de un ecosistema científico y tecnológico que actuará como dinamizador de la actividad que se desarrolle dentro y en torno al mismo.
«Granada está en una posición de despegue, pero sin duda hace falta apostar por ello y mantener durante un tiempo razonable las inversiones necesarias para que los industriales sean capaces de captar el conocimiento científico» declaraba en 2019 Javier Ponce; Director del Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial (CDTI) en una entrevista concedida a la cadena SER6. Entre los muchos pasos dados en esa dirección, en enero de ese mismo año se firmaba un convenio entre el CIEMAT y la Universidad de Granada (UGR) para impulsar la labor científica en España y a nivel internacional en materia de Fusión Nuclear y otras disciplinas relacionadas. El convenio abordará el desarrollo común de trabajos de investigación, difusión y divulgación del conocimiento. Como primera consecuencia se creó una unidad de investigación y desarrollo de carácter mixto, la Unidad Mixta CIEMAT-UGR, que se encargará de la consecución de los primeros objetivos en la implementación del Proyecto IFMIF-DONES en Granada.
Pero durante los primeros meses de 2020 el proyecto ha avanzado con paso firme, incrementando cada día más las posibilidades de Granada como sede del proyecto internacional IFMIF-DONES, proyecto que cuenta con el apoyo y el compromiso de los gobiernos e instituciones a nivel local, regional y estatal, y también el del tejido industrial. En línea con este avance, el Consejo de Ministros aprobaba en mayo la constitución de un consorcio entre el Ministerio de Ciencia e Innovación y la Junta de Andalucía que permita desarrollar las actividades del proceso de la candidatura española y que supondrá poder optar a más líneas de ayuda directa de la Unión Europa. La fase de preparación para el emplazamiento en el periodo de 2019/2023, conlleva una inversión total de alrededor de 28 millones de euros, de los cuales la mayor parte serán sufragados por fondos FEDER, y el resto serán cofinanciados por la Junta de Andalucía, que aumenta su participación hasta gestionar el 50% con el Ministerio de Ciencia7.
Para impulsar todavía más la candidatura española, el pasado martes, 9 de junio, el Consejo de Ministros autorizaba la subscripción de un convenio entre el Ministerio de Ciencia e Innovación y el CIEMAT, a través del cual el Ministerio aportaría 13 millones de euros de fondos FEDER y el CIEMAT 3,3 millones para financiar distintas actividades de preparación del terreno y la implantación de laboratorios relacionados con esta infraestructura internacional8.
Según Ponce «el acelerador tiene una importancia doble, no solo científica sino también industrial. Es una oportunidad que no solo permitirá la instalación de un gran centro científico, sino que va a generar conocimiento técnico que luego puede ser aplicado y replicado».Granada cada día está más cerca de albergar la que sin duda será «la infraestructura científica más grande de España», lo que unido a su incuestionable patrimonio artístico y cultural harán de esta ciudad, patrimonio de la UNESCO, una de las más importante de Europa.
Entrevista a Carlos Peña Garay, director del Laboratorio Subterráneo de Canfranc (LSC)
«Laboratorio subterráneo esperando permiso en caverna para salir hacia España«. Finalizaba así nuestra visita al laboratorio subterráneo de Canfranc (LSC) guiados de la mano y la palabra de su actual director, el Dr. Carlos Peña Garay, físico teórico e investigador del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC).
Con una superficie de 1600 m2 y un volumen de 11000 m3 el LSC es el segundo laboratorio subterráneo más grande de Europa, solo superado por El Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS) en Italia. Excavado a 800 metros bajo la superficie del Pirineo aragonés, entre el túnel ferroviario actualmente en desuso en la frontera entre España y Francia y el túnel carretero de Somport que le da acceso, permite estudiar la materia oscura, la física de neutrinos y procesos poco usuales dentro de la física, al reducir en un factor de sesenta mil el flujo de rayos cósmicos -cascadas de partículas producidas por los protones cósmicos en su interacción con los núcleos de nitrógeno y oxígeno de la atmósfera-.
Carlos Peña junto a las instalaciones del proyecto NEXT. (Isabel del Río)
El aislamiento, el uso de materiales radio-puros en los detectores, el control del radón y del polvo, que también es radiactivo, son cruciales para asegurar que no se mide ‘ruido’ y que lo que se detecta es el fenómeno deseado. Todo ello puede, además, proporcionar desarrollos tecnológicos de interés industrial.
Aunque los laboratorios subterráneos, de los que hay en torno a 10 en todo el mundo, se dedican sobre todo a la astrofísica de partículas, sus características únicas los hacen aptos para otras áreas de la ciencia como la biología o la sismología.
Carlos Peña, con una clara vocación didáctica y despojándose de la complejidad de las matemáticas, nos acerca a los entresijos de la ‘Industria de la Ciencia‘. Para ello nos habla de historias en lugar de teorías, de personajes en lugar de científicos y técnicos y de amor eterno y su final para ilustrar la estabilidad de los núcleos y la radiactividad natural. Su objetivo: que todo el mundo comprenda el concepto.
El número tres también es clave en sus explicaciones: tres piezas fundamentales de la naturaleza (protón, electrón, neutrón o si lo prefieren quark arriba, quark abajo y electrón); tres personajes (físicos teóricos, físicos experimentales y técnicos e ingenieros) y la visita se centrará en tres historias o proyectos fundamentales.
En la primera historia Carlos Peña nos sumerge en el misterio de la materia oscura. En la naturaleza hay aproximadamente 5 veces más materia de la que vemos, es materia porque influye en la gravedad pero se denomina ‘oscura’ porque no la vemos (no emite ni absorbe radiación electromagnética). A pesar de su abundancia tiene interacciones tan débiles con la materia que es imposible detectarla en el exterior e incluso bajo tierra es muy difícil. Para ello, físicos de la Universidad de Zaragoza han diseñado un detector que consiste en un cristal de sal de 12.5 Kg de yoduro de sodio. Son cristales muy puros que deben estar protegidos del exterior y cuya fabricación y aislamiento con cobre y plomo debe realizarse de forma industrial. Cuando la materia oscura pase a través del detector producirá luz y con la ayuda de tubos fotomultiplicadores y amplificadores de señal se podrán medir cantidades minúsculas de luz. Otra técnica alternativa es el uso de argón líquido, que con el paso de la materia oscura interaccionaría produciendo luz y electrones detectables en presencia de un campo eléctrico.
– Pero si los detectores están aislados para no dejar pasar nada del exterior, ¿por qué la materia oscura si llega al detector?
Aunque la materia oscura sea parecida a la materia que vemos, la teoría que se basa tanto en desarrollos matemáticos como en otros resultados experimentales, avala que su comportamiento es ligeramente diferente. Las fuerzas que influyen son distintas e interacciona muy poco a nivel de núcleo.
– ¿En estos experimentos sois independientes o colaboráis con LNGS?
Este experimento en concreto es exclusivo del LSC, pero en estos momentos en el mundo hay tres laboratorios haciendo lo mismo, aunque este es el más avanzado. Se pretende repetir lo obtenido en un experimento del LNGS (DAMA/LIBRA) donde desde hace más de 15 años se ha observado una señal que aumenta y disminuye a lo largo del año, como sería de esperar debido a nuestro movimiento alrededor del Sol. No hay ningún experimento que haya vuelto a repetir el hallazgo, por lo que la comunidad científica decidió que había que repetirlo para reproducir o refutar sus resultados.
– ¿Cuál es la relación entre LSC y LNGS?
La relación entre ambos laboratorios es muy cercana y se debe a que los dos primeros directores del LSC, Alessandro Bettini y Aldo Ianni, fueron previamente director y director científico de LNGS, respectivamente. Muchas de las estructuras que tenemos provienen del laboratorio italiano. Pero también interaccionamos bastante con el laboratorio subterráneo de Canadá (SNOLAB), un laboratorio espectacular enclavado en la galería de una antigua mina a más de 2 kilómetros de profundidad.
Nos trasladamos a una sala donde se escucha el compresor y el cryocooler para dar paso a la segunda historia y con ella al proyecto más importante del laboratorio. Para poder comprenderla es esencial conocer lo que es la antimateria, la cual está formada por antipartículas que son exactamente iguales a las partículas que conocemos pero con carga eléctrica opuesta, por ejemplo la antipartícula del electrón es el antielectrón o positrón. Los pares partícula-antipartícula tienen además la fascinante propiedad de aniquilarse cuando se encuentran dando lugar únicamente a luz.
Carlos Peña nos cuenta que han construido un cuento matemático para explicar cómo el universo nos ha creado a nosotros: «al principio en el universo existía tanto materia como antimateria, pero hubo una gran batalla y se aniquilaron entre sí. Por cada mil millones que se convertían en luz sobrevivía una de materia frente a antimateria, con lo cual, al final en el universo solo quedó mucha luz y un poco de materia. La pequeña diferencia que hizo vencer a la materia la provocó un ‘espía’ llamado neutrino, el cual se cree que tiene la propiedad de ser materia y antimateria a la vez (partícula de Majorana), cosa que todavía no se ha podido demostrar».
Desintegración doble beta con y sin neutrinos. (Isabel del Río)
Hay algunas agrupaciones de protones y neutrones que podrían pasar a un estado estable con una doble desintegración β (2 electrones + 2 neutrinos). Cabe la posibilidad de que solo salgan dos electrones y nada más, lo que requiere que el neutrino haga el doble juego de materia y antimateria y se aniquile a sí mismo en el núcleo. Se trata de un proceso bastante raro y difícil de captar que solo se produce en uno pocos elementos químicos. El 136Xe presenta esa propiedad pero se cree que ocurre una vez cada 1027 años. Para conseguir demostrarlo nace el proyecto NEXT donde dos físicos, uno español y otro estadounidense han inventado una técnica usando 136Xe en un recipiente a presión con un detector único capaz de hacer fotografías ultra-rápidas (hasta de mil millones de fotografía por segundo) y de medir también la luz.
Juan José Gómez-Cadenas delante del detector del experimento NEXT en el Laboratorio Subterraneo de Canfrac, y David Nygren, profesor de la Universidad de Texas en Arlington. / LSC/UTA Fuente: Agencia SINC
¿Habéis demostrado que la técnica funciona?
Sí, es una tecnología única que solo existe en España y con ella somos capaces de ver la luz y los electrones con resoluciones de energía muy importantes. El 136Xe emite electrones de dos formas, una de ellas sería el modo normal de emisión de cada electrón acompañado de un neutrino y la otra sería la emisión de dos electrones sin neutrinos. En la primera de ellas el electrón sale con un espectro de energía que ya hemos visto y medido con esta técnica. Por eso ha sido elegida como una de las tres técnicas más prometedoras para el futuro. Se trata de una técnica enteramente liderada por España aunque colaboran más de 100 investigadores de muchos países. Ahora nos falta ver la segunda reacción que corresponde a una línea concreta de energía. Pero además en esa reorganización el xenón pasará a bario y también queremos verlo, para lo que pretendemos utilizar una molécula fluorescente que cambia de color al capturar átomos cargados. Pero como la reacción doble beta sin neutrinos es un fenómeno muy poco frecuente necesitamos aumentar la cantidad de 136Xe para que el fenómeno ocurra al menos una vez al año.
¿Quién ha evaluado la técnica para saber qué es tan prometedora?
La comunidad internacional hace informes de evaluación, concretamente la organización europea APECC (Astroparticle Physics European Consortium) es quien ha evaluado las 10 técnicas que hay en el mundo. Para las que van por delante, como es el caso del proyecto NEXT, además de la valoración científica supone también mayor aporte de dinero europeo.
¿No existe algún material que permita resultados más rápidos?
No lo hay. Los alemanes llevan 40 años trabajando con el germanio (76Ge) y en Italia usan el molibdeno (100Mo). Nosotros en tan solo 10 años nos hemos puesto a la altura de la tecnología alemana.
¿Cómo se consigue el 136Xe?
Se puede obtener comercialmente por extracción de los residuos del aire licuado, pero la proporción de xenón en la atmósfera es muy pequeña, 10%. Por ello, una fuente alternativa es el producido en el combustible nuclear y extraído durante el proceso de reprocesado. El proyecto NEXT 100 tiene 100 kg xenón enriquecido al 90% en 136Xe comprado a Rusia, pero necesitamos incrementar a una tonelada para que el proyecto sea efectivo.
La tercera historia está relacionada con experimentos de biología que permitan estudiar el efecto de la radiactividad en los mecanismos de reparación del ADN de las células. Nos explica que «se cree que los rayos cósmicos están creando un baño de radiactividad en las células y que su ausencia hace que no funcionen correctamente, en contra de lo esperado». Perforaron la roca del túnel y en los testigos de la misma quedaron bacterias solidificadas de hace 30 millones de años que sobreviven captando la energía de los electrones de otros materiales por lo que se denominan ‘extremófilas’. En colaboración con otros dos laboratorios construirán laboratorios de superficie para comprobar cómo la vida se adapta a algo que en principio es maligno, la radiactividad ambiental.
Aunque estos tres proyectos son los más importantes del laboratorio no son los únicos:
-¿Realmente cuantos proyectos tenéis en funcionamiento?
Ahora mismo hay 14 proyectos en funcionamiento, de distintos tamaños y en distintos estados.
– ¿Se han visto afectados por la situación de la pandemia de la Covid-19?
Para los experimentos que estaban tomando datos incluso ha sido beneficioso, puesto que son experimentos que requieren tiempo y estabilidad. Sin embargo los que estaban en fase de construcción han sufrido retrasos de entre 3 a 6 meses. En algunos de estos experimentos tanto en España como en Italia, los físicos e ingenieros han aprovechado sus conocimientos de sistemas de gases y electrónica para construir respiradores que se han vendido en Estados Unidos y Canadá y cuya venta en España e Italia la está regulando una empresa en Italia y otra en España.
– ¿Hacéis también mediciones de materiales como servicio?
Detector de germanio. (LSC)
Sí, tenemos una sala a la que yo llamo ‘ tres estrellas Michelin’ porque hay que esperar meses para tener mesa, ya que hay que poner una muestra – nos señala una coraza de plomo en cuyo interior hay un detector de germanio – y dependiendo de la radiactividad del material se necesitan de 2 a 3 meses de medida. Colaboramos con el laboratorio japonés en Kamioka, famoso por sus detectores gigantes de agua. Nos envían sus materiales y aquí los medimos asegurándonos de que son adecuados para sus detectores. Hay también un gran experimento, Hyper-Kamiokande, del que somos parte de la colaboración conjunta.
-¿Os afecta el plan de choque anunciado por el Gobierno el pasado mes de julio donde se aportan mil millones para la ciencia?
Directamente no nos afecta. Los números que hemos visto modifican en un 15% algunos programas, pero no resuelven el problema ya que pasa por un déficit de muchos años. Lo cierto es que laboratorios como el LSC, una ICTS (Infraestructuras Científicas y Técnicas Singulares), dependen de la comunidad científica y que ella esté en buenas condiciones nos beneficia. Pedro Duque ha visitado el laboratorio pero seguimos sin presupuestos generales. La cuestión es si será capaz de convencer al resto del gobierno para que de modo significativo y sostenido se invierta en Ciencia y Tecnología.
– Habéis puesto muchas expectativas en la innovación y la colaboración con la empresa ¿Por eso la firma del acuerdo de colaboración tecnológica con Enusa Industrias Avanzadas?
Por supuesto, el LSC es un laboratorio cuya riqueza son los 500 científicos e ingenieros que están trabajando aquí en experimentos. Nuestra riqueza científica se puede trasladar a otros centros y también a la empresa. Cuando trabajas en la frontera de la ciencia hay un montón de hitos que alcanzar al ir desarrollando nueva tecnología. Esto hace que con las industrias interesadas generemos ventajas al tener proyectos en común. Que la industria española se beneficie de nuestra ciencia es también nuestro objetivo.
Centros como el nuestro pueden hacer de conexión con la industria, centrados en tecnologías asociadas a bajo fondo radioactivo. Ahora, por ejemplo, tenemos un proyecto con Japón para la construcción de un detector gigante de agua y esperamos que la industrialización de las cubiertas de protección de 20000tubos multiplicadores se haga desde España.
¿Cómo ves la situación de la Física en España?
No estamos al nivel del resto del mundo, pero hay áreas en las que podemos competir y sobre todo hay sectores en la industria que deben colaborar. Se hace camino andando, pero hay que encontrar el camino a través de un proyecto en las áreas en las que todavía se pueda encontrar un nicho para nuestros desarrollos tecnológicos. El proyecto NEXT y las tecnologías de los gases nobles representan una oportunidad en áreas en las que todavía hay hueco porque son recientes y hay nuevas tecnologías que desarrollar.
¿Hay en España talento suficiente o se está escapando al extranjero?
En España hay de todo, gente buena que se va, otros que se han ido y vuelven y otros que se quedan, pero el nivel es suficientemente bueno para competir. Quizás no tengamos las mejores universidades del mundo pero la universidad española tiene un buen promedio y no hay grandes desequilibrios. Eso es algo que hay que poner en valor y aprovecharlo ya que no es algo tan común. En Estados Unidos, por ejemplo, hay universidades fantásticas pero el nivel medio no es superior.
¿Que significaría el éxito del proyecto NEXT?
Sería la demostración de algo que todavía no hemos logrado en nuestras instituciones en España, un descubrimiento fundamental en Física, una barrera que debemos superar. En Biología, ya lo demostró Ramón y Cajal hace más de un siglo. Nos falta el premio que supone el demostrar que tenemos talento y que podemos competir desde la restauración de la democracia.
Tras esta velada tan ilustrativa nos despedimos, pero no sin antes visitar la «casa de los abetos» emblemático edificio construido en 1920 para acoger a los ingenieros de montes que trabajaron en las protecciones anti-aludes de la Estación Internacional y que hoy alberga el Museo del Laboratorio Subterráneo de Canfranc.
Se cree que todo comenzó en diciembre de 2019. La comunidad científica hacía tiempo que lo venía anunciando y a pesar de ello no nos ha cogido preparados. En apenas unos pocos meses de lucha contra la COVID-19, con más de 3000 millones de personas confinadas en el mundo y los sistemas de salud colapsados, hay voces que claman que esta pandemia cambiará la forma de vivir y de trabajar. Pero, ¿será eso suficiente para evitar la llegada de nuevas amenazas?
Las epidemias no son un fenómeno novedoso, siempre han formado parte de la vida humana y de ellas hemos salido reforzados en conocimiento y hábitos de conducta e higiene. La literatura se hace eco de estos dramas humanos en libros extraordinarios como «La peste» de Albert Camus o «Ensayo sobre la ceguera» de José Saramago. El cine de ficción tampoco ha dejado de alertarnos de la posibilidad de una pandemia que afecte a la población mundial. Entre las mejores muestras inspiradas en virus reales se encuentran la norteamericana Contagio (2011) basada en el virus de Nipah, propagado desde los murciélagos de la fruta a los cerdos domésticos en Malasia, y la coreana Virus (2013) inspirada en el virus de la gripe aviar. En ellas podemos ver el impacto de una sociedad globalizada en la expansión de la enfermedad, medidas de confinamiento, modelos de transmisión y nuevos hábitos de conducta que mucho tienen que ver con la realidad que estamos viviendo. Pero la COVID-19, producida por el coronavirus SARS-CoV-2, ha batido todos los récords incluidos los de la ficción.
Las enfermedades infecciosas emergentes, más allá del drama que supone la pérdida de vidas humanas, son también una gran carga para la economía global y para los sistemas de salud pública. Su aparición se debe a una concatenación de hechos desencadenantes, pero si la causa raíz no es identificada y erradicada, por muchas acciones paliativas que se implementen, tarde o temprano el fenómeno se volverá a repetir.
Decía Arthur Conan Doyle por boca del personaje de ficción Sherlock Holmes que “Es un error capital teorizar antes de tener datos. Sin darse cuenta, uno empieza a deformar los hechos para que se ajusten a las teorías, en lugar de ajustar las teorías a los hechos”. En el caso de las enfermedades infecciosas emergente no ha habido tal error, los esfuerzos para identificar los nuevos eventos (métodos de diagnosis y de vigilancia más eficientes) han permitido crear una amplia base de datos: solo entre 1940 y 2004 se reportaron en el mundo más de 330 nuevas enfermedades en humanos. Del análisis de esta información se desprende que la tendencia general de estos «eventos» ha aumentado significativamente a lo largo del tiempo, alcanzando su máximo en 1980 con la aparición de nuevas enfermedades asociadas a la pandemia del SIDA (HIV).
Fuente: Marcelo Regalado | Infobae
La mayoría de los patógenos involucrados en estas nuevas enfermedades y registrados en la base de datos son bacterias que han desarrollado resistencia a los antibióticos y solo un 25 % corresponden a patógenos virales o priónicos (proteínas que son agentes infecciosos como en el caso de las vacas locas). Además, la mayoría (70%) de estos patógenos proviene de una fuente animal no humana (patógenos zoonóticos) muchos de los cuales tienen su origen en la vida salvaje (el virus del Ébola en África, el de Nipah en Malasia o el SARS en China, entre otros), lo que subraya la importancia de entender los factores que aumentan el contacto de los humanos con la vida salvaje para desarrollar enfoques predictivos de la aparición de nuevas enfermedades1.
Fuente: Isabel del Río
Existe consenso científico en que la aparición de estas nuevas enfermedades contagiosas está correlacionada, y viene impulsada principalmente, por factores socio-económicos, medioambientales y ecológicos. En particular, el origen de los sucesos producidos por patógenos zoonóticos procedentes de la vida salvaje está significativamente correlacionado con la pérdida de biodiversidad (desaparición de especies o implantación de especies invasoras) y aquellos causados por patógenos resistentes a las drogas están más correlacionados con las condiciones socioeconómicas (nuevas formas de explotación agrícola y ganadera, cambios en la industria alimentaria). En cualquier caso, el hombre parece estar detrás de los mismos peligros que lo acechan, otra forma alternativa de aplicar la conocida sentencia de Plauto y popularizada por Thomas Hobbes: «El hombre es un lobo para el hombre».
Drivers and locations of emergence events for zoonotic infectious diseases in humans from 1940 to 2005. (Fuente: Keesing et al. 2010) | Researchgate
Ya en 2010, un artículo del Departamento de Biología del Bard College, Annandale, New York2 publicado en la revista Nature recogía un amplio estudio sobre como impacta la pérdida de biodiversidad en la transmisión de las enfermedades infecciosas, área de investigación que recibe el nombre de “ecología de la enfermedad”. Ese mismo año se establecieron las bases para una nueva organización intergubernamental: La Plataforma Intergubernamental sobre Biodiversidad y Servicios Ecosistémicos (IPBES)3, cuyo objetivo es valorar los cambios en la diversidad de la vida en la tierra y como esos cambios afectarán al bienestar del ser humano. Esta plataforma alerta sobre el riesgo de extinción de un millón de especies a un ritmo mil veces superior a la tasa de extinción natural, y establece como causas principales el cambio de uso del suelo o mar, la extracción de recursos, el cambio climático, la contaminación y la aparición de especies invasoras. Todas estas causas han sido relacionadas con la aparición de enfermedades infecciosas.
Fernando Valladares, investigador del museo de Ciencias Naturales y especialista en charlas sobre cambio climático, nos invita a reflexionar sobre los desafíos que este plantea en una serie de videos titulada «la salud de la humanidad». Desarrolla una magnífica labor divulgativa explicando los mecanismos de transmisión de patógenos debidos a la pérdida de biodiversidad, y apela al efecto protector de la naturaleza: «no hay sistema de salud nacional o internacional capaz de protegernos en la escala y con la fiabilidad que lo hace la naturaleza» escribe en su página web (www.valladares.info)4.
El efecto protector de la naturaleza se conoce desde la antigüedad y hace décadas que ha sido demostrado científicamente. Nos protege a través de mecanismos de control de las poblaciones de las especies, la presencia de muchas especies atenúa el crecimiento demográfico de aquellas que actúan como huéspedes de los patógenos. Por otro lado, la naturaleza también establece mecanismos de bloqueo basados en el hecho de que los patógenos acaban alojados en especies intermedias que no son adecuadas para su propagación (dilución) o en que la diversidad genética dentro de una misma especie favorece el desarrollo de resistencia es decir, que los individuos de la especie que no sufren la enfermedad son capaces de bloquear al virus (amortiguamiento). Por lo tanto, la disminución de especies o la existencia de poblaciones genéticamente empobrecidas suponen un riesgo de transmisión a humanos.
A los efectos de la pérdida de biodiversidad hay que añadir además el deterioro de los procesos ecológicos que amortiguan los cambios climáticos, contrarrestan la contaminación y frenan el avance de la enfermedad. Se ha demostrado, por ejemplo, que el polvo del desierto o la contaminación, además de ser causantes de afecciones respiratorias en los humanos, sirven como soporte para los virus facilitando su permanencia en la atmósfera y actuando como verdaderas autopistas a través de las cuales pueden desplazarse grandes distancias.
En 2018, la OMS incluía entre el listado de los patógenos infecciosos que representan una mayor amenaza para la salud global por su potencial epidémico la llamada “enfermedad X”5. Se trataría según la OMS de una epidemia internacional muy importante debida a un patógeno todavía desconocido, pero probablemente de origen animal, que podría aparecer con efectos devastadores. El doctor Alfonso Rodríguez-Morales, quien formó parte del comité de expertos del R&D Blueprint y estuvo presente en la sesión de la OMS de 2018 declaraba en una entrevista a BBC Mundo6 que «sin lugar a dudas el SARS-CoV-2 y la COVID-19 cumplen con los criterios de la enfermedad X”. Sin embargo, ahora que la COVID-19 ya está incluida en el nuevo listado de la OMS, la «enfermedad X» se mantiene en él dando nombre a lo que todavía está por venir.
“Tenemos que investigar de forma más significativa lo que ocurre en la interacción entre animales y humanos, lo que sucede en la naturaleza desde el punto de vista biológico con la presencia de agentes infecciosos en esas poblaciones” declaraba el doctor Rodríguez-Morales a BBC Mundo y agregaba “Si hubiésemos invertido más en esto, lógicamente se habrían podido tomar medidas más racionales e inteligentes para contener esta epidemia, sin lugar a dudas”.
Para Valladares, a pesar del esfuerzo de los sistemas de salud, estamos ante un gran fracaso, ya que «el éxito nunca será vencer a la enfermedad, el éxito será que no se llegue a producir».
Mientras el mundo entero sigue enfrentándose a la pandemia de COVID-19, el mundo científico advierte de que esta no será la última. De momento no nos queda otro remedio que resistir y aprender, pero sin olvidar que es necesario evaluar las consecuencia de la acción indirecta o directa de la actividad humana en esta emergencia. Mucho deberá cambiar nuestra forma de vida, puesto que el distanciamiento social y la higiene no serán suficientes para evitar la próxima «enfermedad X».
Biblografía
Kate E. Jones et al., 2008 Nature, Global trends in emerging infectious diseases, Kate E. Jones et al., 2008 Nature
Felicia Keesing et al, 2010 Nature ,l Impact of biodiversity on the emergence and transmission of infectious diseases.
Coronavirus: la temida «Enfermedad X» que la OMS anticipó hace dos años (y por qué no estábamos mejor preparados para luchar contra ella) https://www.bbc.com/mundo/noticias-52326003
Lise Meitner with students. Courtesy of Bryn Mawr College. (April 1959)
«Pensando en el pasado… en mi época de juventud, uno se da cuenta con asombro de cuantos problemas existían entonces en la vida rutinaria de cualquier muchacha y que hoy parecen casi inimaginables». Esta frase, que podría haber sido dicha por cualquiera de nuestras abuelas, fue escrita en 1951 por la física austriaca Lise Meitner quien a sus más de 70 años contaba con una larga y fructífera carrera de investigación en física nuclear
Las dificultades para las mujeres eran de todo tipo: no podían administrar sus propios bienes, ni votar, ni vestir a su antojo; como dato curioso la prohibición de usar pantalón no se abolió formalmente en Francia hasta el año 2013. Pero la mayor dificultad para Lise era la imposibilidad de recibir una educación académica, ya que en la Europa Central y del Este del siglo XIX la educación superior no estaba permitida a las mujeres y, por lo tanto, tampoco una educación secundaria que les permitiera el acceso a la misma. Si su Austria natal era reticente a la incorporación de la mujer al mundo académico, Alemania mostraba incluso más resistencia.
Lo cierto es que para la mayoría de las mujeres de la época, a partir de los catorce años las expectativas eran pocas: ayudar en casa, coser y soñar con un marido. La única manera de avanzar era asistir a clases privadas para señoritas de clase media y el único trabajo al que podían aspirar era a ser profesoras de alguna materia que no requiriese formación universitaria.
«Cuando veo a una mujer poner la aguja exquisitamente bien, a la misma distancia de la última puntada, la cual está a la misma distancia que la puntada anterior, pienso en la gran capacidad que tiene para la observación astronómica. Sin saberlo está usando un micrómetro; inconscientemente está graduando círculos. El ojo que ha sido entrenado en semejante tarea es especialmente adecuado para usar un prisma y un espectroscopio». Estas declaraciones las pronunciaba en 1876 María Mitchell, primera mujer profesora de astronomía en Estados Unidos. Ella fue la primera mujer en ser admitida en la Academia Estadounidense de las Artes y las Ciencias en 1848, porque afortunadamente al otro lado del Atlántico las cosas iban un poco mejor que en Europa. Desde los años 1830 en Estados Unidos los colegios de mujeres proporcionaban el camino para obtener una licenciatura.
En Inglaterra, por su parte, en 1848 la Universidad de Londres admitió el Queen’s College para mujeres, aunque a estas no se les permitió recibir títulos hasta 1878. Las Siete de Edimburgo fueron el primer grupo de mujeres universitarias matriculadas en una universidad británica en 1869, pero se les impidió tanto graduarse como convertirse en médicas.
Entre 1850 y 1890 las mujeres adquieren en Europa el derecho de acceso a la universidad. Las universidades de París y Zúrich fueron las pioneras seguidas de Dinamarca y de muchas universidades italianas que volverían a aceptar mujeres en las aulas hacia 1870.
Pese a los prejuicios, parecía evidente que en Austria, como ya se había demostrado en Estados Unidos, Francia o en Suiza, las mujeres podían formarse sin sufrir por ello taras mentales, infertilidad o una catástrofe social. En 1897 el gobierno permitía el acceso de la mujer a las facultades filosóficas (letras y ciencias) y unos años más tarde en las escuelas de medicina. Al principio se les permitió el acceso a la universidad sin formación secundaria reglada, bastaba tan solo con superar el examen de ingreso o Matura. Pero los prejuicios sociales en contra de la educación de las mujeres podían ser incluso más profundos que las dificultades administrativas. La propia Lise cuenta la anécdota de una joven de 24 años que quiso ser tutorizada de forma privada para preparar el Matura y a la que sus padres mantuvieron, siempre por su bien, literalmente prisionera en su casa intentado que cambiara de opinión. Solo cuando escapó, sus padres se dieron cuenta de que no volvería si no le daban permiso para estudiar.
Afortunadamente, los Meitner no tenían estos prejuicios y todos estos cambios, aunque tarde, llegaron a tiempo para Lise que en 1901, a los 23 años de edad, se incorporaba a la Universidad de Viena. Con esa misma edad, pero 10 años antes, entraba en la Sorbona la que sería la primera persona en obtener dos veces el premio Nobel: la joven polaca María Sklodowska, mundialmente conocida como Mme. Curie.
Finalmente, en 1901 las primeras universidades alemanas les abrían también sus puertas lo que no impidió que años antes, en 1874, la matemática rusa Sofia Kovalévskaya obtuviera el título de doctora summa cum laude en la Universidad de Göttingen; sería la primera mujer en obtener este título no solo en Alemania, sino en el mundo.
La primera universitaria española, María Elena Maseras, se matriculó en 1872 para estudiar medicina en la Universidad de Barcelona, pero cuando en 1878 solicitó el título, las autoridades advirtieron por primera vez la presencia femenina en la universidad. Inicialmente les negaron el título por el hecho de ser mujeres y luego pasaron a concedérselo pero sin que las capacitara para ejercer ninguna profesión. Finalmente se prohibió de modo expreso la matrícula de muchachas en los estudios de bachillerato y en los universitarios. En 1888 se les permitió el acceso a todos los niveles educativos, pero siempre en enseñanza libre y previa petición expresa al Ministerio de Fomento. Esta situación se prolongó hasta el 8 de marzo de 1910, fecha en que la mujer española pudo por fin matricularse libremente en la universidad y en enseñanza oficial.
Aunque a principio del siglo XX muchas de las universidades de todo el mundo habían abierto sus puertas a las mujeres, el número de estas en disciplinas científicas era todavía minoritario. En 1926 en los Estados Unidos el 43% de los estudiantes universitarios eran mujeres, pero nadie había oído jamás hablar de una mujer ingeniero.
«Se quedaron atónitos cuando me descubrieron a mí, una joven muchacha de 17 años matriculada en el primer año de ingeniería de minas. La inmunidad de los ingenieros a lo largo de los años les había hecho creer que eso no ocurriría jamás y fue para ellos una sorpresa horrible». La espontánea pluma de la escritora norteamericana Emily Hahn describía así su entrada en Ingeniería de Minas en la Universidad de Wisconsin.
Su tutor, el profesor Shorey, no daba crédito. En su primera tutoría le dijo: «Usted nunca conseguirá un trabajo, incluso si obtuviera su título, lo que es bastante dudoso». Y continuó «si yo dirigiera una mina, nunca contrataría a una mujer en ninguna disciplina técnica. Nunca obtendrá la experiencia práctica y será un estorbo en la oficina». Ante la insistencia de Emily por saber por qué no adquiriría la experiencia necesaria, el profesor replicó: «es de locos discutir. Es una pérdida de tiempo, el mío y el suyo, ya que no obtendrá su título». Emily entonces se adelantó en su silla acercándose al escritorio y preguntó: «¿por qué no obtendré mi título?»
«La mente femenina» explicó Shorey cuidadosa y amablemente, «es incapaz de captar la mecánica, las matemáticas elevadas o cualquier fundamento de la minería que se enseñan en este curso». Quedaba patente que todavía había mucho por hacer. Emily Hahn fue la primera mujer en recibir el grado de Ingeniería de Minas.
Todas estas pioneras tienen en común la rebeldía, la pasión y la voluntad de trabajo que les llevó a cumplir sus sueños pese a los prejuicios y las trabas administrativas de la época. Nadie lo describe mejor que Mary Somerville, la divulgadora escocesa que acuñó el término científico/ca: «Algunas veces encuentro los problemas [matemáticos] difíciles pero mi vieja terquedad permanece ya que, si no tengo éxito hoy, los atacaré de nuevo mañana».
Sólo se puede añadir: ¡Qué mujeres!
Este artículo está inspirado en multiples lecturas:
:quality(70)/arc-anglerfish-arc2-prod-infobae.s3.amazonaws.com/public/HZEW6L4FURGADA4SMCPMEQAXYA.gif)
Ciencia literata 