Charla de Diego Rubiera sobre Cosmología

El pasado 7 de abril tuvo lugar en el Colegio Mayor Rector Peset de Valencia la charla "Cosmología: la Historia de nuestro Universo", organizada por el Grupo de Agujeros Negros Cuánticos, Supergravedad y Cosmología, del Departamento de Física Teórica de la Universitat de València y el IFIC. Impartida por nuestro compañero Diego Rubiera, investigador FCT del Instituto de Astrofísica y Ciencias del Espacio de Lisboa, y enmarcada como acto previo al XII Iberian Cosmology Meeting IberiCOS2017 que tuvo lugar en Valencia unos días después, la charla trató de forma amena aspectos fundamentales de la Cosmología. 

La Cosmología representa el estudio del origen, evolución y destino del universo como un todo y, por tanto, afronta preguntas tan fundamentales como de dónde venimos y hacia dónde vamos. La combinación del armazón teórico que constituye la Teoría de la Relatividad desarrollada por Albert Einstein en el siglo XX, junto con el desarrollo tecnológico y observacional sin precedentes acaecido en las últimas décadas, ha convertido a la Cosmología en una ciencia de alta precisión que está en disposición de ofrecer respuestas parciales a dichas preguntas. En esta charla se trató el camino que nos ha permitido entender la expansión del Universo, la teoría del Big Bang, la formación de galaxias o la energía oscura, así como el lugar que el ser humano ocupa en toda esta imagen. 

Os presentamos aquí el vídeo de la charla, grabada con la inestimable ayuda del Taller de Audiovisuales de la Universitat de València. 

Teoría de cuerdas: viva y coleando

El dominio del espacio aéreo fue uno de los factores clave que acabarían decantado la victoria del lado de los Aliados en la II Guerra Mundial. Nunca en ningún conflicto humano tantos debieron tanto a tan pocos, dijo Winston Churchill para alabar la labor de la Real Fuerza Aérea británica en la Batalla de Gran Bretaña, la defensa de la isla ante la amenaza real de una invasión tras la casi total ocupación del continente por la Wehrmacht. Otro factor determinante para poner punto y final a la guerra, en el Frente del Pacífico, fue la decisión de Truman de arrojar sendas bombas atómicas sobre Hiroshima y Nagasaki. La participación de la comunidad científica en el esfuerzo de guerra, y en especial de los físicos en el Proyecto Manhattan que diseñaría esas bombas, es aún objeto de controversia incluso en nuestros días.

Hace unos diez años, los físicos estaban, de nuevo, en estado de guerra. Esta vez la guerra era, afortunadamente, dialéctica y, en principio, tan solo de carácter científico. La teoría de cuerdas llevaba ya más de treinta años en el candelero. Ninguna de sus predicciones se había comprobado experimentalmente y, según argumentaban los críticos, quizá nunca lo serían. La teoría de cuerdas parecía carecer de refutabilidad y, por tanto, ni siquiera debería ser calificada de teoría científica; sería todo lo contrario: una pseudociencia o, en el mejor de los casos, un pasatiempo matemático. Una célebre frase de Wolfgang Pauli, en la que desdeñaba cierta teoría refiriéndose a ella como “ni siquiera incorrecta”, se rescató para calificar así a la teoría de cuerdas. Un blog  critico surgió con ese nombre. Libros con títulos como El problema de la física se publicaron ilustrando la inutilidad de la teoría.

La guerra, como señalábamos arriba era en principio solo de carácter científico. No obstante, trascendía algo más: una batalla de influencia por el control de fondos públicos destinados a investigación. ¿Deberían las agencias de financiación de la ciencia matar la teoría de cuerdas mediante una expeditiva estrangulación presupuestaria? Por aquel entonces yo andaba, recién doctorado, de postdoc en el Imperial College de Londres, una de las plazas fuertes de la teoría de cuerdas. Recuerdo a Mike Duff, eminente cuerdista en Imperial, lamentarse amargamente de que eso podría ya por aquel entonces estar empezando a pasar. Según argumentaba Duff, la sobredifusión mediática que los críticos estaban recibiendo podría haber sido la causa del anuncio del EPSRC (una de las agencias británicas de financiación de investigación) de recortes en su programa de física matemática. Estamos hablando de recortes antes de los famosos recortes de ahora.

 

Michael Duff. Uno de ellos es físico teórico. ¿Cuál?

Aquellos episodios se han venido a conocer en el mundillo físico-teórico como las Guerras de las Cuerdas (String Wars). Aunque las hostilidades no han cesado del todo, con blogs defendiendo una  u otra postura intercambiando fuego de vez en cuando, sí es cierto que, en general, se ha rebajado el tono. Estamos, acaso, ante una guerra de salón, una phoney war. Y ello es sin duda debido a que, a pesar de todo lo escrito contra ella, la teoría de cuerdas sigue gozando de envidiable salud.

Estos días anteriores, sin embargo, hemos presenciado un remake en español de aquella Guerra de las cuerdas, que nos ha cogido con el pie cambiado. Arturo Quirantes, autor del blog El profe de física, ha lanzado una diatriba desde Cuaderno de cultura científica que nos informa del “ocaso de la teoría de cuerdas”. Los que trabajamos en esta teoría hemos llegado ahora a comprender la mayúscula sorpresa de Mark Twain al leer su obituario y conocer así, por la prensa, la noticia de su propia muerte. Afortunadamente podemos salir al paso, como Twain, de semejante contrariedad: todo apunta a que las noticias que Quirantes trae sobre la muerte de la teoría de cuerdas “son desmesuradamente exageradas”.

Los comentarios de Quirantes ya han recibido la certera respuesta de Enrique Fernández Borja en Cuentos Cuánticos. Aquí, en LA FÍSICA DEL GREL, hemos iniciado una serie de posts (aquí y aquí en especial, aunque también aquí) sobre unificación, que nos conducirán a describir más detalladamente la teoría de cuerdas. Entraremos en materia en sucesivos posts. Mientras tanto, movidos por el afán de ofrecer al público una visión alternativa sin catastrofismos, y sin el menor ánimo de reeditar en español una futil Guerra de las Cuerdas, sí creemos pertinente contestar someramente desde nuestro blog a las críticas.

Tanto es que pretendemos evitar toda confrontación que comenzamos con lo que a nadie en los debates tan de moda en prime time televisivo se le pasaría por la cabeza: una sincera autocrítica. Tampoco es ningún mérito, dicho sea de paso, empezar así para el que esto escribe. Salvo por pequeñajos que, ay, nos dan la tabarra nocturna, mi generación duerme muy bien por las noches sabiéndose libre del pecado que pasamos a confesar.

Según me cuentan mis mayores, pues mis intereses científicos en aquella época se limitaban a los prescritos para la EGB y el BUP por las autoridades educativas competentes, durante los años ochenta y noventa, la época en la que se cimentaron los pilares de la teoría de cuerdas, hubo una desmesurada sobrevaloración de objetivos. Imperaba una sensación de euforia y se pensaba que la teoría de cuerdas sería capaz de reproducir la física de altas energías conocida, así como de describir cuánticamente la gravitación en unos pocos años. No en vano, había quien se refería a las cuerdas como la “Teoría del Todo”, mediático amén de pretencioso nombre que seguramente llenaba a la realeza del ramo, como a la otra, de gran orgullo y satisfacción. Hoy, sin embargo, me atrevería a decir que incluso los más acérrimos defensores de la teoría de cuerdas reconocen que todo aquello fue una gran sobreactuación. Podríamos incluso decir que aquel fenómeno pudo ser el equivalente científico de una burbuja financiera. Muchas de las críticas a la teoría de cuerdas, incluidas la mayoría de las de Quirantes en su post, realmente no pasan de ser una reacción superficial a esa sobrexposición.

Burbujas científicas las ha habido con anterioridad en ciencia en general y en física, la rama que nos ocupa, en particular. Mencionaré dos que son, de hecho, similares a la burbuja de los ochenta y noventa en teoría de cuerdas. A finales del siglo XIX, con la teoría de Newton de la gravitación completamente desarrollada y con las ecuaciones de Maxwell del electromagnetismo recién escritas, se dieron las condiciones para la formación de una gran burbuja. Cuajó la idea de que en Física estaba ya todo hecho. El único trabajo que quedaba por hacer era añadir decimales a las mediciones de constantes y cantidades físicas, medirlas con más precisión. ¿Que la órbita de Mercurio no terminaba de cuadrar con la ley gravitatoria de Newton del inverso del cuadrado? Menudencias. ¿Que las leyes en boga daban resultados absurdos, a alta energía, para la radiación de cuerpo negro? Ya se arreglaría el asunto sin mayores sobresaltos. La burbuja decimonónica estalló por todo lo alto cuando, ni bien entrado el siglo XX, la Relatividad General y la Teoría Cuántica pusieron la física patas arriba. Hasta nuestros días.

Con cuerdas también se pueden hacer burbujas muy grandes.

A mediados del siglo XX se desarrolló otra burbuja. La teoría cuántica y la relatividad especial de principios de siglo se habían desarrollado enormemente, y su combinación había dado lugar a la llamada teoría cuántica de campos. Se sabía que la teoría de Maxwell del electromagnetismo, aun siendo clásica, se amoldaba a la relatividad especial. La teoría cuántica de campos era, pues, la herramienta perfecta para estudiar la cuantización del electromagnetismo. Y efectivamente, la teoría cuántica resultante, llamada Electrodinámica Cuántica, proporcionaba resultados espectaculares, con fastuoso acuerdo de hasta muchas cifras decimales entre cantidades calculadas mediante la teoría y medidas experimentalmente. El trabajo de físicos como Richard Feynman fue determinante para ello. Feynman introdujo sus famosos diagramas, el método que permitió realizar tales cálculos. Así pues, pronto se extendió la delirante idea de que todo en teoría cuántica de campos se reducía al cálculo de diagramas de Feynman y, salvo cálculos más o menos engorrosos, estaba ya todo hecho. Sin embargo, cuando se hicieron patentes los fenómenos no-perturbativos en teoría de campos, imposibles de abordar por esos métodos, la burbuja inevitablemente estalló. Por ejemplo, a acoplamiento fuerte, tiene poco sentido calcular procesos entre quarks y gluones (de las que ya hemos hablado aquí) mediante diagramas de Feynman.

Es indudable que estas burbujas, tanto en ciencia como en economía, son producto de la naturaleza humana. Ahora bien, si las burbujas financieras tienen las devastadoras consecuencias que lamentablemente conocemos y padecemos, en ciencia siempre parecen dejar algo positivo. Por un lado, el conocimiento acumulado durante la burbuja no tiene por qué ser incorrecto. La teoría de Newton y la teoría de Maxwell no son incorrectas. Lo que sucede es que se ven englobadas, como límites, en teorías más precisas. Los diagramas de Feynman no son incorrectos, tan solo tienen sus límites de aplicabilidad. Por otro lado, el estallido de las burbujas suele dejar un terreno fértil para la exploración: la física de agujeros negros, de ondas gravitacionales o la cromodinámica cuántica serían imposibles sin desarrollos anteriores.

Es generalizado el convencimiento de que todo esto aplica, también, a la teoría de cuerdas. Nadie que se dedique a investigación en cuerdas hoy en día piensa seriamente en la teoría de cuerdas como una “Teoría del Todo”, a pesar de que los críticos insistan en abundar en el tópico. Esto no quita para que el desarrollo formal de la teoría invoque, como hacemos desde este blog, ideas de unificación que tan provechosas se han demostrado en física. Dada la experiencia con situaciones como las descritas arriba, no creo que nadie en el campo esté muy preocupado con que la teoría de cuerdas, ahora, después de la burbuja, pueda ser incorrecta. Ni qué decir tiene que, los que nos dedicamos a ella, pensamos que es correcta, a pesar de todas las dificultades experimentales que entraña dilucidar tal cuestión. En el peor de los casos, pensamos, la teoría se amoldará a otra “más correcta”, como en situaciones anteriores.

Quirantes traza un paralelismo entre la teoría de cuerdas y los epiciclos ptolemaicos que induce a error. Como describe Steven Weinberg en su reciente libro Explicar el mundo, la adición de más y más epiciclos a la teoría geocéntrica es un problema de fine tuning. Algo anda mal en una teoría cuando se le han de añadir ornamentaciones más y más barrocas para hacerla cuadrar, en frágil equilibrio, con los datos experimentales. El caso de la cada vez mayor complicación en teoría de cuerdas, desde su humilde suposición fundacional de que los constituyentes básicos de la materia son objetos unidimensionales en vez de partículas, hasta la sofisticada teoría que conocemos hoy, es bien distinto. La complicación, por ejemplo, de tener cinco teorías de cuerdas no busca realizar, como los epiciclos, ajustes artificiales. Por contra, se trata del mismo efecto que el descrito arriba en relación con la teoría cuántica de campos: cada vez conocemos mejor la teoría y sus sectores perturbativos (donde podemos usar métodos como los de Feynmann) y no-perturbativos. Que a uno le parezcan extraños nombres como “cuerda tipo I” o “cuerda heterótica” queda a gusto de cada cual. A mi modo de ver, tan colorida nomenclatura es digna sucesora de otras como “quark top” (del que, por cierto, hemos hablado aquí).

Aspectos como supersimetría, de la que hablaremos en el blog, son deseables en teoría de  cuerdas. Que supersimetría no se haya detectado en el CERN no supone el menor problema para la teoría: este efecto no tiene por qué notarse a las escalas de energía exploradas por el acelerador LHC. La única crítica seria hecha por Quirantes se refiere al llamado problema del landscape, del que también hablaremos. Aquí, efectivamente, mete el dedo en la llaga pues nadie excepto los entusiastas del multiverso saben muy bien cómo proceder. El convencimiento general es que el asunto acabará arreglándose sin necesariamente refutar la teoría de cuerdas, como en los casos que mencionábamos arriba.

Partículas elementales y sus compañeras supersimétrícas (izquierda). Representación del multiverso (derecha).

Ya hemos dicho en LA FÍSICA DEL GREL que el Modelo Estándar y la Relatividad General son las construcciones científicas, verificadas experimentalmente, más sofisticadas y precisas que el ser humano ha logrado hasta ahora (más detalles aquí). La teoría de cuerdas ha de englobar a las dos y, desde luego, las supera en elegancia y sofisticación. Se ha dicho que la teoría de cuerdas es ciencia del siglo XXI con la que los físicos se toparon en el XX. En este sentido, la teoría de cuerdas es como el museo Guggenheim de Bilbao: un soberbio edificio del siglo XXI levantado, realmente, en el XX. A uno le puede causar cierto desasosiego las líneas futuristas del edificio, y en un arrebato clasicista podría secretamente desear que se pareciera más, por ejemplo, al renacentista palacio de Carlos V en Granada. Sea lo que sea la teoría de cuerdas, es sin duda un bello edificio en construcción que solo en el futuro podemos aspirar a admirar en su totalidad. En ningún caso se trata del edificio ruinoso que a Quirantes se le antoja.

Como científicos del siglo XXI, nos corresponde desarrollar, entender y extraer consecuencias de la teoría de cuerdas. Ya hemos contado aquí cómo la teoría de cuerdas fue crucial para obtener una descripción microscópica de la entropía de agujeros negros. Como contaremos en sucesivos posts, las contribuciones de la teoría a aspectos en teoría cuántica de campos e incluso en terrenos tan alejados como matemática pura o física de la materia condensada son espectaculares.

A tenor del sobredimensionado eco mediático que acompañó a los críticos durante las Guerras de las cuerdas, podríamos decir que nunca en ningún conflicto científico tan pocos causaron tanto perjuicio a tantos. Aún desconocemos si la teoría de cuerdas tendrá la última palabra en una descripción más profunda de la naturaleza, o si algún bombazo científico al estilo de los atómicos de Hiroshima o Nagasaki convulsionará la física, en el contexto de la teoría de cuerdas o, no lo creo, fuera de ella. En todo caso, el "espacio aéreo" de la física teórica de alta energía sigue dominado, por méritos propios, por la teoría de cuerdas. Tenemos por delante pues el excitante cometido de explorar las consecuencias de una teoría que, ahora más que nunca, está viva y coleando.

Texto de Oscar Varela.

La Física en la Medicina

Si a un gran número de personas se les preguntase acerca de la presencia de físicos en los hospitales, prácticamente la inmensa mayoría mostraría su desconocimiento. La labor desarrollada en estos centros es incluso ignorada por profesionales sanitarios, y hasta cierto punto, lo es también por el resto de la comunidad de físicos.

El vínculo entre la Física y la Medicina es tan antiguo como el afán de conocer los mecanismos de funcionamiento del cuerpo humano. Las investigaciones en biomecánica se remontan a la época de Leonardo da Vinci, con los estudios de anatomía y de las proporciones, así como la invención de dispositivos que emularan el comportamiento de especies animales, como los intentos por dotar al ser humano de la capacidad de volar.

La observación de estructuras de reducidas dimensiones que a simple vista no pudieron describirse con anterioridad fue posible gracias a la invención del microscopio por Z. Janssen en 1590, apareciendo su uso en 1665 en la observación de capilares sanguíneos en la obra de W. Harvey y por R. Hooke, el mismo año, quien describió por primera vez el concepto de célula al observar las celdillas de un corte de corcho. El primer microscopio electrónico se debe a E. Ruska y M. Knoll entre 1925 y 1930, quienes se basaron en los estudios de Louis-Victor de Broglie acerca de las propiedades ondulatorias de los electrones. Un microscopio electrónico utiliza electrones en lugar de luz visible para la formación de las imágenes debido a que la longitud de onda de los electrones es mucho menor que la de los fotones de luz visible, alcanzando amplificaciones mayores que los mejores microscopios ópticos.

Sin embargo, el avance que probablemente más ha contribuido al desarrollo de la Medicina en el siglo XX fue el descubrimiento en 1895 de los rayos X por el físico alemán Wilhelm Conrad Röntgen, mientras investigaba la fluorescencia que producían los rayos catódicos. Los rayos X son una radiación electromagnética debida a fenómenos de transición electrónica en las capas profundas de la corteza atómica, o producidos, fundamentalmente, por la desaceleración de electrones como radiación de frenado.

En general, la energía de los rayos X se encuentra entre la radiación ultravioleta y los rayos gamma producidos por transiciones nucleares. Estas tres modalidades de radiación electromagnética pertenecen a la categoría de radiaciones ionizantes porque al interactuar con la materia producen la ionización de sus átomos, es decir, originan partículas cargadas (iones).

Por este descubrimiento, Röntgen recibiría el Premio Nobel de Física en la primera edición celebrada en 1901. En la primavera de 1895, Henri Becquerel descubrió accidentalmente la capacidad de algunas sales de uranio para ennegrecer una película radiográfica de manera espontánea, a diferencia de la fosforescencia que depende de la estimulación mediante una fuente externa de energía. Estos recientes descubrimientos influenciaron a María Sklodowska Curie a desarrollar en este campo de investigación su tesis doctoral (Recherches sur les substances radioactives) y con la colaboración de su esposo, Pierre Curie, describieron los fenómenos por los que espontáneamente se desintegran algunas sustancias dando origen a la radioactividad natural.

Los tres recibieron el Premio Nobel de Física en 1903 como reconocimiento a sus investigaciones conjuntas acerca de la radiactividad, siendo además la primera ocasión en que una mujer obtenía este galardón.

El interés por las aplicaciones prácticas que estos descubrimientos pudieran aportar a la Medicina fue inmediato. Durante la Primera Guerra Mundial (IGM), los hospitales de campaña carecían de personal experimentado y máquinas de rayos X adecuadas, de modo que Marie Curie propuso emplear equipos portátiles de radiografía cerca de las líneas del frente para ayudar a los médicos en el campo de batalla. Adquirió equipos de rayos X, vehículos, generadores auxiliares, y desarrolló unidades móviles de radiografía a las que llamó «ambulancias radiológicas» (ambulances radiologiques). Fue la directora del Servicio de Radiología de la Cruz Roja francesa y creó el primer centro de radiología militar de Francia, operativo a finales de 1914.

Madame Curie en una de las unidades móviles de rayos X

En 1915, empleó cánulas de sus propios suministros que contenían «emanaciones de radio», un gas incoloro y radiactivo emitido por el elemento, que posteriormente fue identificado como radón, para la esterilización de los tejidos infectados. Se estima que más de un millón de soldados heridos fueron tratados con sus unidades de rayos X.

En su primera visita a Estados Unidos, con la finalidad de recaudar financiación para la síntesis del radio dados los extremados costes de producción y la utilización de las reservas durante la IGM, el New York Times publicó en su portada que Madame Curie tenía la intención de «poner fin al cáncer», alegando que «el radio es la cura para cualquier tipo de cáncer».

La radioterapia (en su origen Curieterapia, o Röntgentherapie en Alemania) es introducida en España en el año 1906 por Celedonio Calatayud, primer médico español en utilizarla en la lucha contra el cáncer. En 1922 la oncología es establecida como disciplina médica. Desde entonces, la radioterapia ha evolucionado con la aparición en 1953 de los aceleradores lineales, principalmente electrones aunque también de partículas cargadas, que poco a poco reemplazaron los tratamientos con fuentes radiactivas como el cobalto.

Sesión de radioterapia en el Istituto Nazionale per lo Studio e la Cura dei Tumori, hacia 1930. En la actualidad, Fondazione IRCCS, Istituto Nazionale dei Tumori, Milán

No obstante, los usos del radio desgraciadamente trascendieron del ámbito de la oncología, dado el desconocimiento que por entonces se tenía de sus potenciales efectos nocivos para la salud. Hasta finales de los años 60 se usaba en pinturas luminiscentes para relojes y otros instrumentos. Muchos pintores de esferas de reloj, que usaban sus labios para moldear el pincel, murieron de radiación. El radio se empleaba a principios de siglo y hasta los años 30 en medicinas, entre ellos el Radithor (agua destilada con radio), que lo describían como solución ante todos los males, hasta que causó la muerte a un personaje importante de la sociedad americana (M. Byers). El escándalo contribuyó a la introducción de normas de regulación del uso de radioisótopos. También se mezclaba con pastas dentales, chicles, cremas y demás productos. El motivo era que todo aquello que contenía radio significaba avance.

El riesgo para la salud no sólo depende de la intensidad de la radiación y de la duración de la exposición, sino también del tipo de tejido afectado y de su capacidad de absorción. Los efectos mutagénicos de la radiación fueron identificados por primera vez por Hermann Joseph Muller en 1927, investigación por la que le fue concedido el Premio Nobel de Medicina en 1946.

El desarrollo de la radiobiología ha permitido profundizar en el conocimiento del daño celular que las radiaciones ionizantes causan de manera probabilística o determinista, sentando, respectivamente, las bases de la prevención en materia de protección radiológica, o de su utilización en el tratamiento oncológico.

Los avances tecnológicos acontecidos durante la Segunda Guerra Mundial (IIGM), como la invención del radar, tuvieron también su impacto en el ámbito de la oncología, dado que el mismo ingenio desarrollado en 1937 en Stanford por los hermanos Russell y Sigurd Varian, conocido como klystron, responsable de generar y amplificar señales de microondas, es así mismo utilizado en la aceleración de los paquetes de electrones introducidos en las cavidades resonantes de una guía de ondas, los cuales experimentarán posteriormente el impacto en un blanco de tungsteno generando, por radiación de frenado, los haces de fotones dedicados al tratamiento de lesiones tumorales.

En el diagnóstico por la imagen los avances en la detección de enfermedades mediante exploraciones realizadas con tomografía computadorizada (CT), tomografía por emisión de positrones (PET), o resonancia magnética nuclear (RMI), así como equipos híbridos, o bien la ecografía basada en ultrasonidos, han permitido un conocimiento detallado con unos procedimientos no invasivos.

G.N. Hounsfield, tras la IIGM ingresó en la empresa discográfica EMI y en 1967, en colaboración con A.M. Cormack, desarrollaron el primer prototipo aplicable de CT, recibiendo ambos el Premio Nobel de Medicina en 1979.

La primera aplicación médica basada en la aniquilación de positrones se debió a W.H. Sweet y F.R. Wrenn, quienes en 1951 la emplearon en la detección de tumores cerebrales. En 1973 Robertson desarrolló el primer tomógrafo de anillo en el Brookhaven National Laboratory, el cual disponía de 32 detectores. A finales de 1974, M. Phelps y E.J. Hoffman de la Universidad de Washington construyeron el primer PET dedicado a estudios con humanos, el cual disponía de 48 detectores de NaI(Tl) distribuidos hexagonalmente.

La imagen por resonancia magnética se basa en los distintos tiempos de relajación de los núcleos de hidrógeno, generalmente, que componen los tejidos cuando son excitados por pulsos de radiofrecuencia en presencia de un campo magnético de alta intensidad. Este fenómeno fue descrito en 1938 por I. Rabí. En 1946, F. Bloch y E.M. Purcell refinaron la técnica usada en líquidos y sólidos, por lo que compartieron el Premio Nobel de Física en 1952.

Purcell colaboró en el desarrollo del radar y sus aplicaciones durante la IIGM en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT). En ese proyecto se dedicó a producir y detectar energía de radiofrecuencia, así como su absorción por la materia. Encontraron que algunos núcleos podían absorber la energía de radiofrecuencia en presencia de un campo magnético de una intensidad específica, logrando así la identificación de los núcleos.

Cuando se produce esa absorción, los núcleos entran en resonancia. Diferentes núcleos atómicos dentro de una molécula resuenan a diferentes radiofrecuencias para la misma intensidad de campo magnético, permitiendo la identificación estructural y química de las moléculas.

La ecografía se basa en la formación de imágenes reconstruidas a partir del eco recibido en una sonda (transductor) consistente en cristales piezoeléctricos que al ser estimulados por electricidad vibran produciendo ondas sonoras de alta frecuencia (ultrasonidos). El eco reflejado en las estructuras corporales retorna a la sonda que es nuevamente estimulada produciendo pequeños voltajes que son procesados de acuerdo a su intensidad y tiempo de retorno. La propiedad de la piezoelectricidad fue observada por primera vez por Pierre y Jacques Curie en 1881 estudiando la compresión del cuarzo.

Una variedad de ecografía es la basada en el efecto Doppler, en la que es posible visualizar las ondas de velocidad del flujo que atraviesa ciertas estructuras del cuerpo, en general vasos sanguíneos, y que son inaccesibles a la visión directa. La técnica permite determinar si el flujo se dirige hacia la sonda o si se aleja de ella, además de la velocidad de dicho flujo.

A diferencia de los procedimientos radiográficos o basados en la administración de radioisótopos, tanto en la resonancia magnética nuclear como en la ecografía no se emplea radiación ionizante.

El avance en la aplicación clínica de las radiaciones, mayoritariamente ionizantes, permite mejorar la calidad diagnóstica de la imagen con una reducción sensible de los niveles de dosis recibidos, así como en el tratamiento de enfermedades, tanto oncológicas, como derivadas de patologías funcionales como epilepsia, Parkinson o neuralgia del trigémino, mediante el uso de haces de radiación de alta energía focalizados hacia la lesión con una precisión sub-milimétrica, en base a la localización y posicionamiento conseguidos con técnicas como la radioterapia guiada por la imagen.

La puesta en funcionamiento previo a su uso clínico, así como las pruebas de control de calidad que periódicamente todas estas aplicaciones requieren para garantizar su adecuado uso, son competencia de la especialidad sanitaria conocida como Radiofísica Hospitalaria, creada por Real Decreto 220/1997 de 14 de febrero, con la finalidad de conferir un marco legal que regulase el acceso y las responsabilidades de los físicos dedicados al ámbito hospitalario.

Esta cuestión en España fue de enorme trascendencia debido a la ausencia de legislación en materia de Garantía de Calidad que permitiera tener un mayor control del estado de funcionamiento de los equipos emisores de radiación, especialmente de los dedicados a niveles de terapia, conduciendo a finales de los años 90 al establecimiento de los reales decretos correspondientes a la Garantía de Calidad en Radiodiagnóstico, Medicina Nuclear y Radioterapia.

Las recomendaciones proporcionadas por sociedades científicas nacionales e internacionales (como la Sociedad Española de Física Médica creada en 1974, o la American Association of Physicists in Medicine, en 1958), sirven de referencia para la elaboración de procedimientos de trabajo, además de proporcionar tolerancias y periodicidades, que facilitan la comparación del equipamiento entre diferentes centros.

Esta labor además de obligatoria, es necesaria y de gran relevancia para minimizar los riesgos derivados de una mala praxis, por desconocimiento u omisión, que pudieran comprometer la salud, e incluso la vida de los pacientes.

Este texto ha sido escrito por Daniel Zucca, físico especialista en Radiofísica Hospitalaria, adjunto al Servicio de Radiofísica y Protección Radiológica del Hospital Universitario HM Sanchinarro (Madrid).