Ezagutzaren mugetan egiten du lan Angel Mari Uranga (Zumaia, 1970) fisikariak. Esperimentazioaren bitartez oraindik demostratu ezin daitekeena irudikatzen, esploratzeke dauden lurraldeen mapak sortzen. Ez dauka zerikusirik guk zientzialariez daukagun irudiarekin: ez du egun osoa laborategian pasatzen, esperimentuak egin eta egin… “Mugako zientzia da fisika teorikoa. Formulazio matematikoetan oinarritzen gara, oraindik ezagutzen ez duguna nolakoa izan daitekeen maila teorikoan planteatzeko”.
Nola sortu zen unibertsoa? Zer gertatu zen lehen une haietan? Horiek dira zientziak erantzun nahi dituen galderarik potoloenak, eta horretan ari da Uranga, Fisika Teorikoko UAM/CSIC institutuan (Madril, Espainia). “Kontu hauek betidanik interesatu zaizkit. Gogoan daukat gaztetxoa nintzelarik gaiari buruzko liburu bila ibiltzen nintzela. Orduan ez zegoen Internet… Irakasleei galdetzen nien unibertsitatean nondik jo beharko ote nuen partikulen fisika ikasteko, eta ez zegoen batere garbi”. Azkenean, Leioan hasi zituen fisika ikasketak, eta Madrilen amaitu. Ondoren, Estatu Batuetan eta Suitzan egin zituen hainbat urte. “CERN laborategian urte batzuk egin nituen, ikasten aurrena eta ondoren lanean, eta oraindik harreman estua mantentzen dut, noizean behin joaten naiz hango berri jakitera”.
Unibertsoaren sorrera esplikatzeko inoiz egin den ahaleginik handiena da, hain zuzen ere, CERN laborategia. Uda aurretik mundu osoko komunikabideetako lerroburuak bete zituen, Higgsen partikula aurkitu zutelako. Gehienoi gai arrotza zaigu fisika, ulergaitza. Are gehiago mugako fisika. Urangaren, kazetariaren eta irakurlearen ahaleginak ez daitezela alferrikakoak izan.
Zientziak zer daki unibertsoaren hasieraz?
Hasieran unibertso osoa puntu matematiko batean zegoen bilduta, kontzentratuta. Unibertso mikroskopiko hartan zegoen gerora unibertsoko galaxia, planeta eta izarrak osatuko zituen materia guztia. Badakit zaila dela ulertzen, unibertsoa puntu mikroskopiko batean bilduta… Baina badakigu hala zela.
Nola dakizue?
Badakigu galaxia guztiak elkarrengandik urruntzen ari direla, galaxien arteko tartea zabaltzen ari delako. Denboran atzera egiten badugu, ikusten dugu distantzia guztiak puntu bakar batean kolapsatzen direla, unibertsoaren zero unean. Hasieran. Ulergaitza da, badakit…
Eta nolakoa zen unibertso “mikroskopiko” hura?
Ikaragarri bero zegoen zopa moduko bat zela uste dugu, eta han zeuden gaur egun ezagutzen ditugun oinarrizko elementu guztiak disolbaturik. Atomoak, nukleoak, protoiak… Dena zegoen zopa bero hartan urtuta. Ez dakigu unibertsoaren tamaina zehatza, tenperatura zehatza… Fisikak, oraingoz, esaten digu unibertsoa infinitu txikia zela, energia infinitua zuela… Erantzun zehatzak oraindik ez dauzkagu.
Baina adina kalkulatu diozue unibertsoari
Bai, erabateko zehaztasunarekin dakigu 13.700 milioi urte dituela.
Eta zer gertatu zen duela 13.700 milioi urte puntu mikroskopiko batean kontzentratutako zopa bero hartan?
Big Bang-a deritzona. Puntu mikroskopiko hark “eztanda” egin zuen une jakin batean, eta hedatzen, zabaltzen hasi zen, etengabe. Baina ez dakigu zer gertatu zen eztandaren unean, horraino ez gara oraindik iritsi. Eta hori da, hain zuzen ere, zientzialariok daukagun erronkarik handiena, unibertsoa nola sortu zen jakitea.
Baina CERNeko laborategian egindako esperimentuei esker, asko gerturatu zarete.
Segundo baten frakzio bateraino hurbildu gara. Bai, esan genezake unibertsoaren bizitzari buruz ia dena ezagutzen dugula, baina garrantzitsuena falta zaigu: nola hasi zen dena.
Orduan, Big Bang-a gertatu eta segundo baten frakziotik aurrera gertatutakoaz badaukazue informazioa. Kontatuko al diguzu?
Unibertsoaren lehen uneak azaltzen dituen liburu oso interesgarria idatzi zuen Steven Weinberg Nobel saridunak: Unibertsoaren lehen hiru minutuak. Lehen esan dugu hasieran zopa bero bat zela unibertsoa. Protoiez eta neutroiez zegoen osatuta. Protoiak eta neutroiak beraien artean elkartzen dira atomoen nukleoak sortzeko; lehen une haietan ere hala gertatzen zen, baina nukleoak segituan disolbatzen ziren, artean unibertsoa oso bero zegoelako. Baina unibertsoa, hedatu ahala, hozten hasi zen. Materia sakabanatzearekin batera, tenperatura jaisten hasi zen. Eta iritsi zen une bat, non protoiek eta neutroiek osatutako nukleo haiek ez ziren gehiago disolbatzen, iraun egiten zuten. Horrela sortu ziren lehen nukleoak, arinenak: hidrogenoa eta helioa nagusiki, litio pixka bat… Hori guztia unibertsoaren lehen minutuan gertatu zen. Hortik aurrerakoak, planetak, galaxiak eta beste nola sortu ziren, nahikoa ondo dakigu. Hasierako frakzio hori da oraindik deskubritzeko dagoena. Hor dago oraingoz muga.
Muga hori gainditzea da, hain zuzen ere, zientziak duen erronkarik handiena. Zer tresna dituzue bide horretan urratsak egiteko?
Unibertsoaren hasierara gerturatzeko bi bide ditugu. Aukera bat da unibertsoa bera behatzea. Teleskopio handiak erabiliz, garai hartatik datorren zerbait aurkitu eta aztertzea. Baina hori oso zaila da. Big Bang-etik hainbeste gauza gertatu dira, hainbeste eraldatu da unibertsoa, oso zaila da arrasto erabat purua lortzea. Beste bidea da hasierako zopa bero hura artifizialki sortzen saiatzea, laborategian. Hori lortzeko, funtsean, ahalik eta energia gehien bildu behar da ahalik eta espazio txikienean. Eta horixe da CERNen egiten dutena.
Hasierako unibertso hura laborategian sortzea? Eta hori nola egiten duzue?
Esperimentuak egiteko protoiak erabiltzen dira. Ahalik eta energia gehienarekin kargatu behar dira. Horretarako partikulen azeleragailua deituriko makina erraldoia erabiltzen da. Partikulak zenbat eta azkarrago mugiarazi, orduan eta energia gehiago hartzen dute. Kargatuta daudenean, partikulen arteko talkak eragiten ditugu. Talka mikroskopiko horiek Big Bang modukoak dira. Energia izugarria askatzen da, eta partikula txikiagoak agertzen dira –gaur egun, modu naturalean aurkitzen ez direnak–. Partikula txiki berri horiek aztertuta jakin dezakegu unibertsoa nolakoa zen lehen une haietan.
Eta partikula horietako bat da, hain zuzen ere, uda aurretik komunikabideetan hainbesteko sona izan zuen Higgsen bosoia…
Hala da. Fisikaren barruan, partikula txiki horiek guztiak deskribatzeko eredu bat erabiltzen da, eredu estandarra deritzona. Partikulen ezaugarrietako bat da masa daukatela, bakoitzak berea. Bada, orain arte, masaren ezaugarri hori esplikatuko zuen pieza falta zitzaion puzzleari. 1960ko hamarkadan, Higgs izeneko fisikari batek proposatu zuen bere izena hartu duen partikula, modu teorikoan, ereduari zentzua emateko. Partikula horren zeregina, hain zuzen ere, besteei masa ematea litzateke. Bada, Higgsek duela 50 urte maila teorikoan proposatutakoa errealitatean existitzen dela konprobatu da, paperean idatzitakoa egia dela erakutsi da.
Baina horrek, berez, zer aurrerapauso dakar zientziarentzat?
Aurrerapausoa baino, ziurtatzen du erabiltzen ari garen eredua zuzena dela. Horrelako aurkikuntza baten ondoren, fisikak benetan funtzionatzen duen sentsazioa daukazu. Fisika teorikoa formulazio matematikoekin eraikitako etxea da, eta esperimentuen bidez lortutako aurkikuntza horiekin erakusten da egiazkoa dela. Formulazio teoriko bat egiten duzu, esaten duzu horrek funtzionatzeko ezagutzen ez den partikula bat behar dela… Eta handik 50 urtera partikula hori topatzen duzu. Ederra da!
Higgsen partikula aurkitzeko eraiki zen, bereziki, CERNeko azeleragailua. Aurkitu duzue. Zein da hurrengo erronka?
Oraingoz, Higgsen partikula ikertzen jarraituko du, nolakoa den jakin behar dugu. Aztertu behar da nola deuseztatzen den, ea guk teorikoki aurreikusitako ezaugarriak betetzen ote dituen edo exotikoak, ezezagunak, diren beste batzuk ote dituen… Baina, Higgsen partikula alde batera utzita, makina diseinatuta dago energia izugarri horietan egon daitekeen edozer aurkitzeko.
Adibidez? Zer gustatuko litzaizueke aurkitzea, gaur egun teoria hutsa dena?
Esate baterako, supersimetrien teoria dago. Teoria horrek dio partikula bakoitzak bere parekidea duela, baina askoz masiboagoa…
Askoz masiboagoa? Zer esan nahi du horrek?
Funtsean, energia asko behar dela partikula horiek sortzeko. Adibidez, elektroiak modu naturalean daude gure artean. Superrelektroiak ez.
Eta egia balitz ezagutzen dugun partikula bakoitzak bere parekidea duela, horrek zer ondoriotara eramango gintuzke? Zer esplikatzeko balioko luke?
Unibertsoaren materia iluna esplikatzeko balioko luke, adibidez. Begira: ezagutzen ditugun partikula guztiek unibertsoaren %4 baino ez dute osatzen. Badago beste %25 inguru materia iluna deitzen duguna: galaxiak inguratzen dituen partikula zopa moduko bat da, baina ezin dugu ikusi. Badakigu hor dagoela, eragiten duen grabitate indarragatik. Argia desbideratu egiten da inguru haietatik igarotzen denean. Beraz, grabitate eremua sortzen duen zerbait dago, baina ez du argirik emititzen. Hori da materia iluna. Buelta gaitezen supersimetriaren teoriara: teoria horren arabera, superpartikulek osatzen dute materia iluna. Beraz, azeleragailuak superpartikula horiek aurkituko balitu, sekulako aurrerapausoa litzateke, materia iluna hobeto ezagutzea funtsezkoa delako unibertsoa hobeto ezagutzeko.
Ezagutzen ditugun partikulak alde batetik, materia iluna bestetik. Baina zer gertatzen da falta den %71rekin?
Are eta arraroagoa dela. Energia iluna deitzen diogu. Oraindik ez dugu ulertzen zer den. Ez dira partikulak. Pentsatzen dugu hutsaren propietateren bat dela, baina XXI. menderako erronka da hori zer den argitzea.
Big Bang-aren unera bueltatuta, unibertsoaren hasieratzat jotzen duzue, baina teoria batzuek diote aurretik beste Big Bang batzuk gertatu zirela, beste unibertso batzuk existitu zirela, hau dena zerbait ziklikoa dela…
Teoria horien arabera, Big Bang-a gertatzen da, unibertsoa etengabe zabalduz doa, baina hedatze horretan pixkanaka abiadura galtzen du. Iritsiko da une bat, non zabaltze prozesua gelditu eta berriro atzerantz egingo duen, berriro abiapuntuan biltzeraino. Eta ondoren beste Big Bang bat gertatuko da, unibertsoa zabaldu, gelditu, bildu… Horrela etengabe. Teoria hori ez da bateragarria gaur egungo fisikarekin. Konpondu ezineko arazoak sortzen ditu. Adibidez, errebotearen fasean, unibertsoa bildu eta berriro eztanda egiten duen une hori esplikatzeko, energia negatiboa beharko genuke gure formuletan, eta hori ezinezkoa da Einsteinen legeen arabera. Energia zero edo positiboa izan daiteke, inoiz ez negatiboa.
Unibertsoa nola hasi zen deskubritzea da zuen erronka; baina, denboran atzera egin beharrean, aurrera egingo bagenu, etorkizunera begiratuko bagenu, zer gertatuko da unibertsoarekin? Zabaltzen ari dela diozue, baina abiadura galtzen ari da? Inoiz gelditu eta atzerantz egingo al du?
Duela hamar bat urte arte pentsatzen zen unibertsoaren zabaltzea pixkanaka moteltzen ari zela, abiadura galtzen ari zela eta, agian, une batean gelditu eta atzerantz egingo zuela abiapunturaino. Baina 1998an ideia hori zalantzan jartzen hasi zen. Garai hartan hasi ginen lehen aipatu dudan energia ilunaren berri izaten. Gaur egun erabat konprobatuta dago existitzen dela eta unibertsoaren %71 dela. Inork ez daki zer den. Esan genezake hutsaren energia dela. Hau da, espazio bat hartu eta erabat hustu ondoren gelditzen den energiari deitzen zaio energia iluna. Bada, energia ilunak ezaugarri misteriotsuak ditu. Adibidez, espazioa modu uniformean betetzen du; hau da, unibertsoa zabaldu arren dentsitate berbera mantentzen du. Harrigarriena da grabitatearen kontrako indarra duela, objektuak (planetak, izarrak…) aldaratzeko indarra du, haien arteko espazio-denbora zabaltzen du.
Beraz, zer gertatzen da unibertsoa zabaldu ahala?
Alde batetik, materia arrunta eta hari lotutako grabitatearen indarra dauzkagu, frenatzeko eta abiapunturantz bueltatzeko joerarekin. Unibertsoa hedatzearekin batera, materia arruntaren dentsitatea diluitzen ari da etengabe, eta berarekin batera grabitatearen indarra leuntzen. Bestetik, energia iluna eta objektuak aldaratzeko duen indarra dauzkagu. Dentsitatea mantentzen duenez, ez denez diluitzen, bere aldaratze indarrari eusten dio, eta, halako batean, kontrako bi indar horien arteko lehian grabitateari nagusitzen zaio. Ondorioa? Unibertsoaren zabaltze prozesua moteldu beharrean azeleratu egin dela. Gaur egun, hala ari da gertatzen.
Horrek esan nahi du unibertsoak ez duela sekula atzera egingo, ez dela abiapuntura itzuliko, etengabe hedatuko dela?
Energia ilunaren ezaugarriek baldintzatuko dute. Benetan hutsaren energia bada, orduan unibertsoa etengabe zabalduko da eta pixkanaka itzaliz joango da: izarrak itzaliko dira, zulo beltzak lurrundu egingo dira, protoiak deuseztatu egingo dira… Unibertsoa leku oso hotza, iluna eta hutsa izango da. Baina energia ilun honek beste ezaugarri batzuk baditu, materia mota berri bat bada, ezaugarri ezegonkorrak dituena, orduan gerta liteke uneren batean desagertu eta berriro materia arruntaren kolapsorako joera nagusitzea –grabitatearen indarra–, unibertsoaren hedatzea moteldu, gelditu eta abiapuntura itzultzeraino…
Hutsaren energia aipatzen duzu… Bitxia da.
Hutsa erabiltzen dugu, ez ezereza. Hutsa gauza interesgarriz beteta dago.
Azeleragailua, inoizko esperimenturik handiena
Suitza eta Frantzia artean dago Ikerketa Nuklearreko Europar Erakundeak (CERN), mendi arteko lautada batean. Partikulen fisika aztertzeko inoiz eraiki den laborategi handiena da. Nazioarteko elkarlanaren adibide esanguratsuenetakoa da, mundu osoko ehunka zientzialarik egiten baitute lan sarean. Azpiegitura ikaragarria da, eta hainbat herrialdek urtero egiten duten diru ekarpenarekin finantzatzen da. “Gizateriaren historian inoiz egin den esperimenturik garrantzitsuena da”, dio Urangak.
Laborategiaren muina lur azpian dago: 27 kilometroko zirkuitua osatzen duen tunel biribila. “Lur azpian eraiki zen, esperimentuetan sartutako partikulak ez nahasteko erradiazio kosmikoarekin”. Tunelak lau metroko diametroa du, zientzialariak barruan mugitu eta piezak jartzeko espazioa izan dezaten. “Tunelaren barruan dago azeleragailua. Protoiak ahalik eta azkarren mugiaraztea da bere lana, energiaz kargatzeko”. Zirkuitua biribil erraldoi bat denez, partikulak beti kurban doaz eta horrek eragiten du partikulek abiadura galtzea. Hori saihesteko eta partikulak bidetik atera ez daitezen iman erraldoiak erabiltzen dituzte. “Dipoloak deitzen zaie eta hamar metro luze dira. Partikulak hormen kontra talka egitea ekidin eta aurrerantz bultzatzen dituzte. Esan genezake partikulentzat errail elektromagnetiko bat sortzen dutela”.
Protoiak zentimetro bateko lodiera duen izpi edo zorrotada moduko batean garraiatzen dira, paketetan baturik. Horrek ere zailtasunak sortzen ditu: “Protoiak energiaz kargatuta doaz eta elkarrengandik aldaratzeko joera dute. Denak lerroan mantentzeko beste iman batzuk erabiltzen dira, kuadripoloak”.
Beraz, imajinatu: 27 kilometro dituen tunel biribil bat, eta barruan protoiak biraka imanen laguntzarekin osatutako errail elektromagnetiko batean. Biraka, sekulako abiaduran: “11.000 bira ematen dizkiote zirkuituari segundoko; ia argiaren abiaduran doaz”.
Behin partikulak biraka dauzkagula, elkarren arteko talkak lortu behar dira. “Partikula batzuk norabide batean jarriko dira biraka, eta beste batzuk kontrakoan. Bakoitza errail batean. Zirkuituko lau puntutan bi errailak gurutzatu egiten dira, eta hor gertatuko dira talkak”. Puntu horietako bakoitzean detektagailu bat dago. Makina ikaragarri handiak dira, “lau solairuko etxebizitza baten tamainakoak”, eta teknologikoki oso konplexuak, “ingeniaritza lan ikaragarria”. Puntu hauetan dago esperimentuaren giltzetako bat. “Zehaztasun handia behar da emaitza egokia lortzeko, milimetrotako zehaztasunarekin egin behar dute talka partikulek detektagailuak bere lana egin dezan. Oso zaila da”.
Izpiak gurutzatzen diren aldiro protoien arteko 100.000 talka gertatzen dira. Pentsa segundoro 44.000 aldiz gurutzatzen direla izpiak… “Sortzen den informazio kopurua ikaragarria da, ezin da dena gorde. Momentuan aukeratu behar da zer talka diren interesgarriak eta zeintzuk baztertu, eta gero informazio hori guztia munduko osoko zientzialariek aztertuko dute, partikula berrien bila”. Horrela aurkitu zuten, hain zuzen ere Higgsen bosoia.
2013ko udaberrian geldituko dute
Azeleragailua etengabe ari da lanean, 24 orduz egunean. Talkak etenik gabe gertatzen dira. “Oso noizean behin gelditzen dute, zerbait zuzentzeko edo hobetzeko. Lan nekeza da martxan jartzea, fase guztiak banaka konprobatu behar dira eta. Hogei urte behar izan zituzten makina eraikitzeko. Lehen aldiz martxan jartzeko ere, asteak pasa ziren”. Gaur egun makina oso egonkorra da, eta urte eta erdi daramatza lanean gelditu gabe. Hala jarraituko du 2013ko udaberrira arte: “Hainbat hobekuntza gehitzeko geldituko dute, pare bat urtez”.
Unibertsoa biolin
Soken teoria da gaur egun partikulen fisikan dagoen muturreko teorietako bat. Iraultzailea da erabat: besteak beste, 10 edo 11 dimentsio daudela proposatzen du. Gaur ez dago modurik teoria horrek proposatzen duena esperimentu bidez konprobatzeko, “nahikoa espekulatiboa da”, eta zientzialarien artean aldeko zein kontrako jarrerak sortu ditu. Urangak oso ondo ezagutzen du, bere espezialitatea da eta. Gaiari buruzko ikastaroa eman zuen uda aurretik New Yorken, eta liburu bat argitaratu berri du Luis E. Ibañezekin batera, Cambridgeko unibertsitatearen eskutik: String theory and particle physics.
“Teoria hutsa da, baina ideia, berez, oso polita da: unibertsoa osatzen duten partikula mota guztiak sokez daude osatuta. Soka hauek dar-dar egiten dute. Soka mota bakarra dago; dardara da aldatzen dena eta horrek bereizten ditu partikulak. Oso poetikoa da; azken finean, musikaren antza du: soka berberak melodia ezberdinak sor ditzake”.
Dena esplikatzeko gai den teoria bakarra izan da zientziaren obsesioetako bat. “Unibertsoko objektu handiak (planetak, galaxiak…) esplikatzeko grabitatea daukagu, Einsteinen teoriak. Bestalde, mundu mikroskopikoan, partikulen funtzionamendua esplikatzeko, mekanika kuantikoa erabiltzen dugu. Baina ez gara gai bi planoak uztartu eta esplikatuko dituen teoria bakarra osatzeko. Soken teoria da, hain zuzen ere, hori lor dezakeenetako bat”.