Premios Breakthrough 2017

Imagen 1: Strominger, Polchinski y Vafa (izq a der).

A principio de mes se dieron a conocer los galardonados de los Premios Breakthrough 2017. En la categoría de Física Fundamental, los afortunados son tres de los más importantes físicos teóricos especialistas en teoría de cuerdas: Joe Polchinski, Andy Strominger y Cumrun Vafa (Imagen 1). Polchinski trabaja en el Kavli Institute for Theoretical Physics en Santa Bárbara (California), y Strominger y Vafa en el Center for the Fundamental Laws of Nature de la Universidad de Harvard. ¡Enhorabuena a los premiados!

Los Premios Breakthrough fueron instituidos por Yuri Milner hace cuatro años, un emprendedor millonario de origen ruso afincado en la Bahía de San Francisco y físico de formación. Completamente desconocido en el mundillo de la física teórica hasta 2012, su nombre saltó del completo anonimato a celebrity físico-teórica en verano de ese año cuando, con la comunidad científica desprevenida, se dieron a conocer unos nuevos galardones dotados de tres millones de dólares, tres, cada uno. Esta cuantía se anunció junto con los premiados de ese año, todos ellos reconocidos físicos teóricos asociados en mayor o menor medida con la teoría de cuerdas. De un plumazo, se premió a la plana mayor “cuerdera” del Instituto de Estudios Avanzados (IAS) de Princeton (Nima Arkani-Hamed, Juan Maldacena, Nathan Seiberg y Edward Witten), además de a los también famosos en esta área Alan Guth (MIT), Alexei Kitaev (por entonces de Caltech, ahora de Santa Bárbara), Maxim Kontsevich (IHES), Andrei Linde (Stanford) y Ashoke Sen (Harish-Chandra). Un plantel para quitarse el sombrero.

Estos nuevos premios no dejaron a nadie indiferente. El asunto causó mucho revuelo y dotó, afortunadamente, de considerable vidilla a los, casi únicos por otro lado, eventos sociales que frecuentamos los físicos: la hora de la comida, el cafelito posterior y las cenas de seminarios, workshops y congresos. Las opiniones variaban de un extremo a otro. Unos sostenían que aquello era un escándalo, una intromisión en la noble tarea investigadora que ha de salvaguardarse de semejantes sobornos. Añadían estos que, si de dar dinero a fondo perdido se trataba, mejor usar tan ingentes cantidades en crear un enorme número de becas de doctorado y post-doctorado en física teórica. Otros, sin embargo, eran de la opinión de que aquello estaba muy bien: la teoría de cuerdas llevaba siendo estudiada desde los años setenta y ya era hora de que se reconociera mediante la institución de un galardón, sólidamente respaldado a golpe de talonario.

Otras peculiaridades del premio alimentaban aún más la polémica. Por ejemplo, la gala de concesión de los premios, televisada en EEUU por Discovery Channel aquel año, se concibió con un formato al estilo de Hollywood, intencionadamente diseñado para levantar comparaciones con la ceremonia de los Oscars. Por ejemplo, este año como en alguna otra edición previa, la gala fue presentada por Morgan Freeman: un aire californiano diametralmente alejado de la vetusta pompa y circunstancia escandinava que tanto gusta en los ambientes académicos. Una crítica más seria a estos premios venía del hecho de que no quedaba muy claro cuáles eran las bases o el patrón de concesión.

En mi modesta opinión, creo que, con todos sus posibles defectos, estos premios son algo positivo. Creo que Milner lo hace por una vocación filantrópica, muy enraizada en la cultura empresarial estadounidense y, en especial, de Silicon Valley (véase el caso de Bill Gates), en gratitud por su formación en física. No creo que la integridad de investigadores e investigaciones se vea comprometida. También creo que era necesario un galardón que premie investigación puntera en las áreas más especulativas de la física teórica. En particular, este premio viene a llenar el hueco que el Nobel, con su (también razonable, por otro lado) requisito sobre validación experimental de la investigación premiada, no es capaz de llenar. Recuerdo una discusión el año pasado, durante una cena de seminario en Henrietta’s Table, el restaurante que suele acoger la cena de seminario de física teórica de Harvard, sobre una interesante idea. Entre los presentes, se encontraban galardonados ya entonces con el Breakthrough, y otros que lo serían posteriormente. Se habló de que sería buena idea trocear el premio y concederlo a jóvenes promesas. En realidad, el premio New Horizons de la misma organización es una especie de Breakthrough junior que va en esa línea. También se ha rumoreado que Ashoke Sen decidió donar el premio para becas de formación, pero no tengo constancia directa de ello. Es un gesto que honraría a Sen o cualquiera de los premiados desde 2012 que decidiera dar ese destino al premio. Soy también de la opinión que los premiados no se deben ver en la obligación moral de dar esa salida al premio: con la excepción de los portavoces mencionados más abajo, es su premio, bien merecido por lo que me consta, y están en perfecto derecho de darle un uso personal a ese dinero.

En todo caso, el premio se ha venido otorgando anualmente desde 2012. Desde 2013, cuando Milner se asoció con los indudablemente más mediáticos Sergey Brin de Google y Mark Zuckerberg de Facebook, se ha venido concediendo también en las categorías de Biología y Matemáticas. Es cierto que, en ocasiones, se ha hecho de manera algo curiosa. Por ejemplo, en 2013 se concedió bien merecidamente al cuerdero Alexander Polyakov, también de Princeton (de la Universidad, no confundir con el IAS mencionado arriba). Hasta ahí todo bien. Pero en 2013 también se concedió un premio especial a los científicos portavoces de las colaboraciones experimentales de CERN que descubrieron el bosón de Higgs ese año. Parece que les entró prisa por premiarlos, porque en vez de dar un premio especial los podrían haber premiado en la edición siguiente. Ni qué decir tiene que también fue peculiar, y no estuvo exento de polémica, premiar a los portavoces de turno de las colaboraciones, pues son cargos político-administrativos temporales. En 2013 Stephen Hawking fue también galardonado (por radiación de agujeros negros, entre otras cosas, de la que hemos hablado aquí), muy meritoriamente, aunque de manera especial, en vez de ordinaria.

El año pasado sucedió algo similar. Se premió de forma ordinaria a ciertos físicos teóricos (de neutrinos en vez de cuerdas, supongo que para variar), pero cuando estaba ya todo el pescado vendido en lo que se refiere a la determinación de los agraciados, se anunció el bombazo científico del año: el descubrimiento de ondas gravitacionales. Y entonces, como si nada, se creó un premio especial para los teóricos del asunto: Ronald Drever, Kip Thorne y Rainer Weiss. La comparación con el premio especial de 2013 deja, por cierto, algunos interrogantes. ¿Se premiará también, de forma especial u ordinaria, a los teóricos del Higgs todavía vivos (Englert, Hagen, Higgs)? ¿Se premiará a representantes del experimento LIGO, que detectó las ondas gravitacionales? 

Y así llegamos al último premio Breakthrough de Física Fundamental, anunciado a principios de diciembre, para Polchinski, Strominger y Vafa. Estaba cantado que más pronto que tarde lo recibirían, ya que sus nombres eran sonadas omisiones en la lista de insignes teóricos de cuerdas galardonados hasta la fecha. Como en los casos anteriores, y a mi modo de ver, esta es una concesión muy merecida. Los tres son destacados físicos que han realizado contribuciones sobresalientes a la teoría de cuerdas, a la teoría de agujeros negros y, en general, a la física teórica. Es más, Polchinski, Strominger y Vafa son algunos de los que fundamentaron en su día los mismísimos principios de la teoría de cuerdas. Y lo quizá más notable: ninguno de los tres se ha dedicado a vivir de rentas desde aquellas contribuciones fundacionales. A lo largo de todos estos años, se han mantenido tremendamente activos produciendo investigación puntera que ha seguido marcando la pauta a nivel mundial hasta día de hoy. Strominger, por ejemplo, sacó un artículo hace unas pocas semanas con Stephen Hawking y Malcolm Perry, continuación de otro previo, donde se hacen progresos acerca de uno de los grandes enigmas de física de agujeros negros: la paradoja de la información. No me puedo resistir aquí a señalar humildemente que, a fecha de este post, el último artículo de Strominger tiene a un servidor como coautor. Es para mí un gran honor.

Imagen 2: Jefferson Laboratoy. Departamento Física Teórica Harvard.

Ya hemos hablado en este blog de una de las contribuciones recientes de Polchinski a la física de agujeros negros: los firewalls, o muros de fuego. Hablemos pues, brevemente, de una de las más célebres contribuciones de Strominger y Vafa: su cálculo conjunto de la entropía de agujeros negros usando teoría de cuerdas.

Desde el trabajo teórico de Bekenstein y Hawking en los setenta, sabemos que los agujeros negros se comportan como sistemas termodinámicos: tienen temperatura y variables como energía y entropía sujetas a las leyes de la termodinámica, las famosas primera y segunda leyes. La entropía, por ejemplo, proporciona una medida del desorden del sistema en cuestión. Bekenstein y Hawking establecieron que los agujeros negros tienen entropía, y dieron una expresión para esa entropía basada en criterios termodinámicos.

Los fenómenos termodinámicos son macroscópicos, es decir, debidos a la aglomeración de muchas partículas, o componentes elementales. No tiene sentido pues hablar de transmisión de calor entre partículas elementales a nivel individual. Ese y otros fenómenos solo surgen debido a la acumulación de grandes cantidades de material. Uno puede usar la termodinámica para describir, aprovechar y explotar, por ejemplo, procesos industriales desde la más completa ignorancia de lo que hacen las partículas elementales a nivel individual: solo importa el comportamiento colectivo. Ahora bien, desde el punto de vista científico, es muy importante tener una teoría fundamental que explique microscópicamente el comportamiento macroscópico. Es decir, es importante tener una descripción básica y fundamental de la dinámica de los componentes elementales, tal que permita obtener mediante métodos estadísticos los comportamientos termodinámicos observados a escalas macroscópicas. A tal descripción microscópica se la suele llamar “de primeros principios”.

Uno de los mayores logros de la física del siglo XIX fue obtener una descripción microscópica, de primeros principios, de muchos fenómenos termodinámicos. Eso conseguía, por ejemplo, la teoría cinética de gases. Así pues, en el momento en que Bekenstein y Hawking determinaron que los agujeros negros son sistemas termodinámicos, pusieron a estos sistemas en la misma tesitura que a los gases en el siglo XIX: se hacía necesario encontrar el equivalente a la teoría cinética, es decir, una descripción de primeros principios de la física de agujeros negros. ¿Cuál sería, pues, la teoría que describiera microscópicamente la entropía de los agujeros negros?

Como ya hemos comentado en este blog, los agujeros negros son, también, sistemas cuánticos. Por ese motivo, la teoría microscópica llamada a reproducir sus propiedades termodinámicas ha de ser, necesariamente, la teoría cuántica de la gravedad. Ahora bien, uno de los grandes retos de la física teórica es, precisamente, establecer cuál es la teoría que rige el régimen cuántico de la gravedad. La teoría de cuerdas es una firme candidata a ser justamente esa teoría. En 1996, Strominger y Vafa emplearon la teoría de cuerdas para realizar un cálculo microscópico de la entropía de ciertos agujeros negros (ver aquí), ¡obteniendo exactamente el mismo resultado que Bekenstein y Hawking! Así pues, Strominger y Vafa reprodujeron por primeros principios, con teoría de cuerdas, la entropía termodinámica del tipo concreto de agujero negro considerado. Además de un gran éxito en sí mismo, este resultado supuso un gran espaldarazo a la teoría de cuerdas como candidata a teoría cuántica de la gravedad. Este resultado de Strominger y Vafa ha sido sin duda determinante para la obtención del Premio Breakthrough 2017, por sus “avances transformadores en teoría cuántica de campos, teoría de cuerdas y gravedad cuántica”.

Imagen 3: Kalvi Institute for Theoretical Physics. Santa Bárbara.

Concluyamos mencionando a los galardonados con el Premio New Horizons 2017, la versión junior del Breakthrough como hemos indicado más arriba. Son Asimina Arvanitaki (de Perimeter Institute), Peter Graham (Stanford), Surjeet Rajendran (Berkeley) y Frans Pretorius (Princeton), además de los cuerderos Simone Giombi (Princeton) y Xi Yin, con el que he tenido el gusto de coincidir en Harvard durante mi etapa allí en los últimos años.

De nuevo, ¡enhorabuena!

Texto de Óscar Varela, Doctor en Físicas, Assistant Professor en Utah State University, y Senior Scientist en Max Planck Insitut für Gravitationsphysik, Postdam.