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En profundidad / DIC 16 2018 / hace 5 meses

¿El bosón de Higgs para tratamiento de aguas residuales?

Detectar la partícula de Dios fue una apuesta de muchos científicos y esfuerzo tecnológico. Además, su escasa vida media dificulta una aplicación. Solo nos aclara cómo se forma la materia. 

¿El bosón de Higgs para tratamiento de aguas residuales?

Peter-Higgs parece decir con su mirada que concebir el bosón de Higgs implica mucho trabajo matemático y conocimiento de física. Además, que su descubrimiento fue una aventura.

El 2 de diciembre el columnista de este diario, Alberto Arce Londoño, bajo el título “Bioremediación vs Ptar”, escribió su artículo, tal vez con la mejor intensión de informar a los lectores sobre una novedosa técnica que está reemplazando a las Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales, Ptar.

La verdad es que pasé por alto su escrito y supe de él porque colegas de la universidad del Quindío me lo dieron a conocer, alarmados por lo que allí se decía. Como ya estaba planillado escribir sobre el fenómeno de la corrupción para el día nueve, dejé para hoy una aclaración sobre el particular.

Mi interés no es polemizar, ni mucho menos agraviar a Arce. Desconozco el conocimiento que tenga de física, así como la fuente de su información. Como docente de física y persona interesada en el avance de la disciplina, así como de los problemas ambientales, entre otros el del agua, me parece pertinente aclarar los desatinos evidenciados, así como ilustrar —como lo he hecho en otras ocasiones— la historia del bosón de Higgs, para ubicar a los lectores y que tengan otros elementos si quieren releer la columna de Arce.

También les compartiré cómo anda la investigación en la implementación de las Ptar, así como lo que destaca la ONU en el informe mundial de 2017 sobre: “Aguas residuales: producción e impacto sobre el medio ambiente y la salud”.

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¿Qué es el bosón de Higgs?

Como varias formulaciones teóricas de la física, entre otras el láser, hubo que esperar varias décadas para que la existencia del bosón tuviese validación experimental. Fue Peter Higgs, un físico teórico inglés quien en 1964 planteó la necesidad de su existencia, y después de una larga búsqueda, los científicos de la Organización Europea para la Investigación Nuclear, Cern, dieron a conocer al mundo en junio del 2012 que él tenía razón.

¿Pero qué es el bosón de Higgs? Es la partícula fundamental de lo que se conoce como el mecanismo de Higgs, una especie de campo invisible presente en todos y cada uno de los rincones del universo y que hace que las partículas inmersas en él tengan masa. En física de partículas hay dos tipos de ellas: bosones y fermiones. Se distinguen porque los bosones tienen un número de espín entero, mientras que los fermiones ese número es semientero —1/2, 1/3—. El espín es una medida del movimiento angular de las partículas subatómicas y sirve para explicar parte de su comportamiento.

Entender el concepto de ese bosón es complicado, pero espero que con las ideas básicas que se tengan de él puedan aclarar el objetivo de este artículo. Para seguir destacando su importancia digamos, como enseñan los expertos, que esa subpartícula atómica es la responsable de que existamos, porque sin ella no habría nada material en el universo. Si no fuera por el bosón de Higgs, las partículas fundamentales de las que se compone todo, desde la arena del mar, los ríos, la vegetación, hasta las personas y todo lo que conocemos en la Tierra y allende en el firmamento, no tendría existencia.

Sin él, todo viajaría por el cosmos a la velocidad de la luz y hubiese sido imposible formar materia. Y como el proceso de formación del universo se inició con las partículas elementales, como el electrón —que es un fermión—, en física hay un modelo para explicarlo: El Modelo Estándar, teoría en proceso de formación que explica cómo está hecho y cómo funciona el mundo conocido. Está conformado por tres familias: la primera la integran los electrones, quarks up, quarks down y neutrinos electrónicos.

La segunda, la del muón, con una vida efímera —menos de un segundo— tiene cuatro elementos: muones, quarks strange, quarks cham y neutrinos muónicos. La tercera familia, también tiene una vida corta. Se han encontrado en los rayos cósmicos y en el laboratorio, es la familia del tau que está constituida por tauones, quarks top, quarks bottom y neutrinos tauónicos. Quienes han estudiado el modelo estándar se han encontrado con ciertos hechos que les llamó la atención. Por ejemplo, el tau es una partícula muy similar al electrón, pero con masa muy diferente: 3.500 veces mayor.

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La partícula de Dios

Asimismo, la masa de muón es 200 veces mayor que la del electrón. Por ahora, nadie sabe por qué el fotón no tiene masa, que es un bosón. Además, no se sabía qué es lo que decide que las partículas de las tres familias tengan masas tan diferentes. Algo más, el concepto de masa no estaba claro, aunque se ha hecho uso de la masa inercial y la gravitacional. Por ello los científicos creían que había otra partícula que explicase esas diferencias de masas, además de lo que es ella.

Fue Peter Higgs, quien se atrevió a postular la hipótesis de su existencia y para darle vida al postulado del inglés había que buscarla para verificar o rechazar la hipótesis. Desde el inicio de su búsqueda, el laboratorio ideal era el acelerador de partículas, un instrumento en el cual se utilizan campos electromagnéticos que, al actuar sobre un conjunto de partículas cargadas de electricidad, le imprimen una alta velocidad y luego las hacen chocar, lo cual origina nuevas partículas con un tiempo de vida media demasiado corto.

Lograr las energías apropiadas y la tecnología adecuada para detectar al bosón de Higgs, ha sido una gesta científica de las más destacadas en investigación. Por eso, el montaje del Gran Colisionador de Hadrones, más conocido como LHC, ha sido considerado el experimento más importante del siglo XXI. Además, las discusiones teóricas sobre la existencia de esa partícula han sido arduas. Y como los intentos experimentales fallaban, entonces el Nobel de Física 1988, Leon Lederman, —1922-2018— publicó en 1993 el libro: “La partícula de Dios: si el universo es la respuesta, ¿cuál es la pregunta?”.

En rigor lo tituló: “The goddamn particle” —La maldita partícula—, por lo difícil de encontrarla, pero el editor creyó que el libro tendría más ventas si lo llamaba “The God particle” —La partícula Dios—-, para referirse al bosón de Higgs, aunque popularmente se conoce como “La partícula de Dios”, que nada tiene que ver con un dios teológico, pero sí por la relevancia de ese bosón en la conformación de la materia del Cosmos. 

Antes de continuar con las características tan especiales en el descubrimiento de esa partícula, es bueno decir que Lederman murió el 3 de octubre a los 96 años en una residencia de ancianos. En 2015 le tocó vender su medalla de oro por 765.000 dólares para poder cubrir los costos de las facturas médicas. Ese hecho refleja el sistema sanitario de EE.UU. que los traficantes de la salud quieren imponer en Colombia.

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Energías muy altas y tiempo de vida demasiado corto

Otro aspecto a tener en cuenta para contrastar lo escrito por Arce, son las energías que se manejaron en el LHC cuando se descubrió el bosón de Higgs. Después de obtener millones de protones, se pusieron a circular en el acelerador —un tubo circular de 27 kilómetros— en dos grupos que se movía en sentido contrario a una velocidad cercana a la de la luz, y usando una energía de 4 teraelectronvoltios —TeV— por haz, es decir, a los dos grupos de protones, se les imprimía una energía 8 TeV.

Para tener una idea de este valor, se debe saber que un Tev es equivalente a 10 elevado a la 12 y que una lámpara de 10 vatios encendida durante un segundo consume del orden de 62 millones de Tev, es decir, es una energía del orden de 10 elevado a la 6, que no es nada comparado con la energía usada en el LHC.

Otro dato importante es que la vida media de este bosón es de 1.56 X 10 elevado a menos 22 segundos. ¿Será fácil medir 0,01 milisegundos? Para aclarar aún más lo que se está empezando a entender sobre esta partícula, veamos cómo se le asocia con el origen de la materia: cuando las partículas elementales sin masa, puramente virtuales tocan ese bosón o interaccionan con el campo de Higgs, ganan masa y peso porque perciben resistencia, son frenadas y presionadas. 

Así que es elemental preguntarnos: ¿cómo esa tecnología de equilibrio ambiental EBD Tech se logra a partir del bosón de Higgs? O hay algo que no se ha entendido y se usa al bosón de Higgs para engañar incautos. Todo lo que invirtió el Cern en personas, experiencia y dinero no se remplaza tan fácilmente.

¿Cómo se puede afirmar que esa tecnología no necesita energía? —viola principios básicos de la termodinámica—. Sobre las Ptar hay que decir que son una necesidad. Según el informe de la ONU 2017, estas instalaciones siguen mejorando, aunque continúan los riesgos para la salud por el tratamiento ineficaz de las aguas residuales.


Estaciones depuradoras de aguas

Sobre las tecnologías que usan la Ptar, acudo al proyecto Novedar-Consolider, que está desarrollando las “Estaciones depuradoras de aguas residuales del siglo XXI”, Edar, que usan alta tecnología que permitirá convertir las aguas residuales de las zonas urbanas, en recursos tan esenciales como energía o agua de riego.

Desde 2008, el Centro de Estudios e Investigaciones Técnicas del País Vasco, Ceit, participa en el proyecto Novedar-Consolider, en cuyo marco se están desarrollando las “Estaciones depuradoras de aguas residuales del siglo XXI”, Edar, de alta tecnología que permitirá convertir las aguas residuales de los núcleos urbanos en recursos tan esenciales como energía o agua de riego.

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Son ocho universidades españolas y dos holandesas que vienen colaborado con el Ceit. Cada una de ellas aporta sus conocimientos y experiencias en las diferentes tecnologías que pueden utilizarse en el tratamiento de aguas. Por su parte, el Ceit es responsable del modelado matemático de todas ellas y de la simulación en computador de las diferentes propuestas como Edar, analizando la eficiencia de cada alternativa y seleccionando las más adecuadas según el escenario de estudio. 

En el análisis se está distinguiendo entre las Edar del siglo XXI que estén basadas en tecnologías ya disponibles y aquellas que pueden ser posiblemente más eco-eficientes, pero que están basadas en tecnologías que todavía están en fase de validación o industrialización. Por supuesto que en ese estudio no se tiene en cuenta para nada el bosón de Higgs


Por Diego Arias Serna (*)
Madrid, España
Profesor-investigador universidad del Quindío
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