Instituto de Física Teórica UAM/CSIC

Lo primero es una presentación, una presentación personal como profesor: ¿Qué asignaturas? ¿En qué departamento?...

Antes de nada, porque hay personas que a veces no tienen claro qué es nuestro Instituto, te lo voy a contar…

Claro, claro..

Bien, en principio había gente de la UAM, del Departamento de Física Teórica que estaba en la UAM y gente del CSIC, distribuida en varios Institutos. Yo, en particular, me encontraba en el Instituto de Física de la Materia. Teníamos muchísima relación científica unos y otros hasta que, finalmente, en el año 2004, se creó del Instituto de Física Teórica. Luego el Instituto de Física Teórica, del que yo soy director, es un Instituto mixto CSIC-UAM o UAM_CSIC (de hecho a veces lo ponemos de una manera y a veces de otra).

Dentro del IFT hay personas del Departamento y personas que son puro CSIC, como yo. Y dentro del Departamento de la UAM, aproximadamente el 50 o 60% de las personas, pertenece al Departamento de Física Teórica pero hay una parte importante del Departamento que no es Instituto de Física Teórica, que son astrofísicos, físicos experimentales, físicos nucleares y un grupo que hay de neurociencia. Esto te lo digo porque, por ejemplo, dentro del IFT, los miembros que son IFT-UAM, tienen obligaciones docentes normales, como cualquier profesor y dan clases en el grado, etc. Los que somos IFT-CSIC, en principio no tenemos obligación docente.

Lo que sí que trabajamos muy fuertemente es en dar clases en el Master, el Master en Física Teórica, que es muy bueno y que fue el primero en obtener mención de calidad en España y en el que participa mucha gente IFT-CSIC. Esta es la estructura.

Pasemos al Instituto de Física Teórica empezando por una descripción somera de sus funciones y de aquello que quieras destacar

Hay diferentes niveles de trabajo dentro del Instituto; el principal es la investigación. Este Instituto se creó como un centro de excelencia y, de hecho, en el último plan estratégico del CSIC, en el que un panel internacional evalúa todos los Institutos del CSIC..

¿Cómo se hace esa evaluación?, perdona

Pues viene un panel externo al que se presenta una memoria de todo lo que se hace en el Instituto; el panel externo lo evalúa y, a continuación, durante todo un día se hace una exposición sobre la que te bombardean a preguntas.

También se evalúa el grado de calidad de la investigación, su impacto internacional, el interés de las líneas emergentes dentro del Instituto… Y debo decir que este Instituto sacó la máxima calificación en todos los ítems. De hecho fue el Instituto de Física que sacó la máxima calificación! Digamos que entorno a la excelencia de la investigación gira todo aquí.

Por ejemplo, cuando se busca un post doc, tenemos del orden de 400 peticiones al año. Al final, casi toda la gente que contratamos son extranjeros… Buscamos a los mejores!. No buscamos proteger a los que hemos formado aquí ni nada por el estilo. Se busca siempre la excelencia científica.

De acuerdo. Te preguntaba sobre las funciones del Instituto..

Sí, pues por una parte hacemos investigación en diferentes áreas de trabajo. Digamos que tenemos, por una parte, la Cosmología, por otra la Física de Partículas, donde estaría la Fenomenología (que serían estudios para los aceleradores de partículas) y la Física Teórica Formal, más matemática. Esto es lo principal. Luego hay un área que está comenzando que puede ser interesante, que es Información Cuántica, y finalmente una pequeña representación de Física Nuclear.

En torno a esta investigación, tenemos, por una parte, una tarea de formación, que se manifiesta en el Master que damos en Física Teórica y en la dirección de tesis doctorales. Por otra parte está la investigación como tal, es decir, los trabajos de investigación que se hacen en colaboración entre nosotros y otros centros de fuera. Hay mucha colaboración con centros internacionales. Yo creo que la inmensa mayoría de los trabajos que hacemos son siempre en colaboración con alguien que es de fuera de este Instituto y que casi siempre pertenece a algún centro extranjero. De hecho, cuando evalúa el CSIC cómo hemos trabajado a lo largo del año, lo que más cuenta es la tarea de investigación que se ha hecho, es decir, artículos que hemos producido, que se han publicado con impacto, etc.

¿Otras cosas que se realizan en el Instituto? Bueno, pues por ejemplo, algo que siempre nos ha gustado y le hemos dedicado bastante esfuerzo es a la difusión de la ciencia. Aquí organizamos muchas actividades y dentro de poco vamos a tener una actividad que ya hicimos el año pasado: Se va a un Instituto de Enseñanza Media, primero les damos charlas y tal, para darles un poco de background, y luego hacen un ejercicio que consiste en analizar datos reales de aceleradores de partículas del CSIC. Esta práctica se realiza, al mismo tiempo, desde otros centros del mundo. Luego, mediante una conexión vía Internet, se conectan con el CERN, donde hay expertos a quienes hacen preguntas o se preguntan entre ellos; se analizan los datos de todos y se comunican cómo lo han hecho unos, cómo lo han hecho otros. Es una parte interesante de la divulgación.

¿Con alumnos de aquí y de fuera?

Sí, exactamente. Igual que nosotros lo hacemos aquí, lo están haciendo ahora mismo en diferentes ciudades del mundo, y luego, por la tarde, hay una conexión y hablan entre ellos.

También este año vamos a dar un curso a profesores de Instituto de Física de Partículas y Cosmología, un poco para actualizarlos.

Se dan muchas charlas de divulgación…

Y ¿cómo se hace esto? ¿Aquí? ¿En el propio Instituto?…

No, esto ha sido a través de la Comunidad de Madrid. Como la enseñanza secundaria depende de la Comunidad de Madrid, entramos en contacto con el Departamento de Formación de Profesores de Enseñanza Secundaria. Están muy interesados en que hagamos un curso de este tipo. Ya está propuesto, se ha anunciado y se están apuntando los profesores. Si llega a un número mínimo, que está ya a punto de llegar, el curso se dará en abril, me parece..

Otra cosa que también se hace aquí mucho es la organización de conferencias. Damos muchas conferencias internacionales de diferentes temas y diferentes tamaños y precisamente esa actividad creemos que la vamos a poder potenciar porque en el nuevo edificio tenemos instalaciones mucho mejores, unas buenas salas, un buen salón de actos, etc.

Y a lo largo de todo el año…

Sí, a lo largo de todo el año. De hecho, la conexión con la que empezamos a trabajar unos y otros CSIC-UAM fue porque empezamos a organizar una conferencia conjunta en Navidad y a partir de ahí empezamos a organizar un Instituto Mixto. Esa conferencia conjunta de Navidad, a la que llamamos el “Christmas Workshop”, todavía existe y sigue funcionando anualmente.

Luego tenemos programas de visitantes, es decir, tenemos muchos visitantes que vienen por estancias cortas, dos semanas o un mes o a veces más. A veces incluso un año.

¿Ese tipo de actividades son de algún modo asumidas económicamente por vosotros?.

Sí, claro, todo esto lo tenemos que asumir nosotros. Lo que pasa es que nosotros, por ejemplo, tenemos un proyecto con la Comunidad de Madrid, ganado por segunda vez en dura competencia y con una duración de cuatro años, de aproximadamente 900.000 euros.

En parte para contratar post docs, que son muy importante para la vida científica de un centro, o sea, los investigadores ya formados pero que son muy jóvenes y que vienen de fuera y hacen aquí estancias de dos años. Otra parte se dedica a estas estancias de gente que viene y está aquí visitándonos durante un tiempo corto, a las visitas que hacemos nosotros a otros lugares..

El post dosc suele venir aquí para, digamos, prolongar su periodo de investigación y al mismo tiempo dar clases o, por lo general..

Puede dar clases porque está en el momento álgido de su vida científica. Digamos que en las carreras científicas, cuando se termina la tesis doctoral, es cuando comienza el momento más importante de la carrera científica, porque no tienes que hacer otra cosa más importante que investigar. Normalmente se hacen como dos post docs, como mínimo, antes de buscar un puesto permanente. A una persona que lleva un solo postdoc es muy difícil que desde un centro le ofrezcan un puesto permanente. Son cuatro o seis años de trabajo; es el periodo de máxima producción. Además es el periodo en el que la gente está más en la onda de lo que se está haciendo desde el punto de vista científico.

En torno a los 30 años..

Si la tesis se termina hacia los 27 años, desde los 28 hasta los 30-35 es el periodo de producción científica 100% y de engordar el curriculum, de demostrar la forma de trabajar autónomamente, las líneas de investigación que te gustan, porque tú ya eliges. Cuando estas haciendo la tesis, te dicen lo que tienes que hacer, pero cuando ya eres un postdoc, tú eliges tus propios colaboradores, tus líneas de investigación… Es cuando muestras tu personalidad científica y tu capacidad.

La gente se estabiliza cuando tiene 38, 39 años.

O sea, desde el punto de vista científico estamos bastante homologados, en cuanto a la dinámica Universidad-investigación, respecto al resto del mundo..

Totalmente. De hecho, hoy mismo, una de las ofertas que hemos hecho de postdocs para el año que viene, ha sido a un joven italiano que nos gustaba mucho lo que hacia. Y él me dijo ayer que estaba dudando entre irse a Hamburgo, que es el centro más importante en Alemania de Física de Partículas, donde tienen un acelerador allí mismo y una tradición bestial, o venirse con nosotros. Allí le pagan más. Y justamente ayer por la noche me dijo que había decidido venirse con nosotros.

Qué gusto, ¿nó?

Sí, sí en ese sentido, solo están por encima, claramente, los mejores centros del mundo: “Princeton”, “Harvard”, “Stamford”, “Cambridge”… Pero digamos que, quitando esa primerísima línea de centros con mucha tradición y con Premios Nobel, competimos en la misma liga.

¿Cómo se puede mantener ese nivel que parece habéis alcanzado? ¿Cómo se hace eso?

Bueno, hay que mantener la tensión, digamos. Hay que tener clarísimo que nuestro objetivo es la investigación científica. Entonces, normalmente, si además hay gente buena, si la gente no se apoltrona, por decirlo así..

Pero la gente pasa, quiero decir. Ese equipo de gente buena va cumpliendo años..

Ah, bueno, claro… Pero hay que ir nutriendo con gente joven, naturalmente. Da lo mismo lo que hayas hecho; lo mas probable es que con el paso de los años, por ley de vida, por pura fisiología o porque tienes muchas más ocupaciones de gestión, familiares, en fin, es difícil mantener la tensión de estar siempre al día de lo que se está haciendo científicamente. Entonces, es importantísimo que entre savia nueva. Por eso la labor de dirigir tesis es muy importante y los postdocs son muy importantes, porque los postdocs traen ideas nuevas y traen lo que se está haciendo en otros sitos del mundo y establecen colaboraciones con la gente de aquí, nos dan seminarios, nos dan cursos especializados, nos forman a nosotros también. Ayudan también a la dirección de tesis doctora, o sea, que los propios jóvenes que están haciendo una tesis doctoral se benefician también de la presencia de postdocs alrededor.

Y claro, para mantener la calidad del centro es importante que se provea también de plazas permanentes cuando se trata de gente muy buena y joven, para que se incorpore permanentemente al centro. Eso es muy importante.

Toda esta actividad de la que estás hablando, en fin, a mi me parece enormemente ambiciosa, no sé hasta dónde llegaréis en cada uno de los puntos, pero parece que necesita de muchos recursos, de una infraestructura de personal…

Bueno, ese es nuestro punto más flojo con diferencia 

Administrativa incluso, ¿no?

Sí, si… Y de hecho, cuando comento con otros Institutos el soporte administrativo que tenemos aquí, hay veces que no me creen, pero es la pura verdad.

Gracias al programa de la Comunidad de Madrid podemos contar con tres secretarias, pero es totalmente insuficiente para lo que hacemos aquí. Lo que pasa es que son personas muy comprometidas y a base de echar horas... Ahí tenemos un punto débil importante.

Una pequeña pregunta respecto a la investigación que decías está ganando creciente importancia en el Instituto, la Información cuántica..

Bueno, a diferencia de la Física fundamental, que no tiene una aplicación directa, la Información Cuántica sugiere una aplicación más directa que consiste en lo siguiente: los ordenadores convencionales funcionan de una manera clásica en el sentido de que utilizan transistores y la mecánica cuántica está metida por ahí… Digamos que las unidades de información tienen 0 o 1, es decir, trabajan de una manera clásica por lo que tienen un límite de capacidad de almacenamiento y de computación y además un límite teórico que no van a poder superar. Sin embargo, si se aprovechan las características cuánticas de la materia es posible ir más allá. Se podría conseguir hacer cálculos que son totalmente imposibles desde la computación más clásica porque la materia cuántica se comporta de forma muy sorprendente y puede hacer cosas que la materia clásica no puede hacer. Por ejemplo, un electrón clásicamente está en un sitio o está en otro. Eso sería un estado u otro estado. Sin embargo, cuánticamente un electrón puede estar en dos sitios a la vez -esto está comprobado experimentalmente hasta la saciedad-, aunque parezca increíble. Y puede estar más en un sitio que en otro, más en el otro que en uno, o sea, puedes tener muchas combinaciones. Eso con respecto a un solo electrón, pero cuando consideras varios electrones en “tándem”, es decir, que lo que le pasa a un electrón influye a los otros, todo se hace muy complejo y la variedad, la riqueza de estados que puede haber es muchísimo mayor que en un sistema clásico de partículas con una posición. De manera que, en principio, puedes realizar computaciones mucho más complicadas.

Pero, claro, para eso hay que aislar la materia porque en cuanto hay interferencia con el medio exterior el sistema rápidamente evoluciona hacia un sistema clásico y ya no puedes aprovechar esos aspectos cuánticos. Es decir, tiene que estar muy bien aislado, tienen que ser sistemas muy controlados y de muy pocos electrones. Se está trabajando en eso. Desde aquí, desde un punto de vista teórico pero en conexión con el “Max Plank”, de Munich, donde está Ignacio Cirac, que es uno de los mayores expertos mundiales en información cuántica.

Es una rama que tiene como una vocación de aplicación práctica y que posiblemente sea el futuro de la computación. Todavía no lo es pero posiblemente lo sea...

Un científico, además de saber pensar, debe saber escribir, ¿verdad?..

Efectivamente, es muy importante saber comunicar lo que haces y …

La cultura del SMS no creo que les ayude demasiado..

No! (je, je) Por ejemplo, una cosa importante es asistir a conferencias, porque si tú presentas un trabajo en una conferencia… Por supuesto los trabajos tú los haces y los mandas a la red y la gente ya los tiene ahí disponibles, si luego el artículo se publica en una revista, mejor. Pero es importante acudir a una conferencia, presentar el trabajo, contestar a las preguntas que te puedan hacer... Eso, digamos, despierta el interés por el trabajo y mejora la comunicación y eso redunda en el impacto. Hay gente que se dedica –demasiado- a presentar su trabajo por todos los sitios buscando mayor impacto pero, realmente, el factor fundamental para que el trabajo tenga impacto es que sea potente, que aporte algo nuevo, que sea interesante porque entonces la gente lo utilizará y lo mencionará.

¿Quieres añadir algo más? (¡vaya si añadió!)..

Bueno, algo sobre tipo de investigación que hacemos aquí. He mencionado las líneas, un poco así por encima. He hablado quizás un poco más de Información Cuántica, pero me gustaría comentar qué es lo que hacemos actualmente en Física. Me gustaría decir que la Física de Partículas y la Cosmología, las dos áreas que nosotros de alguna manera llamamos Física Teórica y que en otros sitios llaman Física Fundamental, y que es la base de toda la ciencia, actualmente está pasando por un momento de máximo interés.

Comento brevemente la Física de Partículas y luego la Cosmología. ¿Por qué la Física de Partículas ahora está en un momento de máximo interés? Bien, la Física de Partículas es el estudio de los constituyentes de la materia y de sus interacciones. Actualmente hay una teoría que es el llamado Modelo Estándar de Partículas, que es una teoría que funciona maravillosamente para explicar el comportamiento que observamos de las partículas elementales en los aceleradores. Este modelo estándar tiene una estructura matemática muy interesante basada en la Mecánica Cuántica y en la Teoría de la Relatividad. Como ingredientes fundamentales de este modelo estándar están los constituyentes de la materia que son las partículas fundamentales: el electrón, el muon, los quarks y sus interacciones, que son cuatro interacciones: fuerte, débil, electromagnética y gravitatoria. Están profundamente descritas dentro del modelo y uno podría decir, bueno, pues ya está, tenemos una teoría que funciona muy bien, ya hemos llegado donde queríamos llegar... Sin embargo, eso no es así, porque hay muchas razones para pensar que el modelo estándar no es ni mucho menos la última palabra en Física de Partículas e incluso tiene problemas de consistencia.

Por mencionar dos, tiene el problema de la consistencia con la gravitación, es decir, la gravitación no puede tratarse, en el modelo estándar, en igualdad con las otras interacciones, concretamente no puede tratarse de manera cuántica, hay un problema matemático ahí. Eso indica fuertemente que hay que ir más allá del modelo estándar para entender la gravitación de manera plena.

Pero también tiene problemas fenomenológicos. Por ejemplo, está el problema de la materia oscura. Es decir, tenemos constancia de que hay mucha más materia de la que podemos observar en el universo, alrededor de las galaxias, porque vemos los efectos gravitatorios y sabemos que esa materia no puede ser la materia que está descrita dentro del modelo estándar. No sabemos qué es; algún tipo de materia desconocida pero que tiene que estar ahí.

Pero hay muchos más problemas. Este modelo tiene muchísimos parámetros libres. Por ejemplo, las partículas elementales se clasifican en tres familias (electrón, muon y tao) con características casi idénticas solamente que la masa de la segunda familia es mayor que la de la primera y la de la tercera es mayor que la de la segunda. ¿Por qué?, nadie lo sabe. Tiene que haber una razón. Es algo que en la naturaleza se nos presenta así y no sabemos porqué.

Los Físicos llevamos por lo menos 20 años trabajando en modelos más allá del Modelo Estándar que podrían explicar algunos de estos problemas, pero hasta ahora han sido todo especulaciones. Pero ahora ha comenzado un experimento en Ginebra, que es el LHC (Large Hadron Collider), que es un acelerador de partículas que va a poder testar experimentalmente los modelos de Física más allá del Modelo Estándar, porque tenemos razones para pensar que las energías que se consiguen en el LHC, que es un acelerador de partículas que las hace chocar, nos van a abrir puertas nuevas, igual que la Mecánica Cuántica o la Teoría de la Relatividad fueron una “mainstorn”, como dicen en inglés, es decir, una piedra angular, un hito en el avance de la Física.

Esto en cuanto a Física de Partículas. En cuanto a Cosmología pasa algo parecido: toda la información cosmológica que obtenemos es a través de observaciones en el universo. Observaciones de diferente tipo, como por ejemplo, observaciones de la radiación de fondo que se generó al comienzo del universo, en el Bing Band; observaciones de cómo está constituida la materia, es decir, cómo están distribuidas las galaxias en el universo, etc..

Además, en los últimos años se han producido dos hallazgos esenciales que no se entienden. Uno es la materia oscura, que acabo de mencionar, es decir, que hay mucha más materia en el universo de la que se puede ver a simple vista o con instrumentos. La materia oscura solamente se manifiesta porque afecta al movimiento de las cosas que andan alrededor de las galaxias.

Y otro descubrimiento, todavía más extraño, se llama la energía oscura, que es el descubrimiento de que el propio espacio vacío en el que está el universo tiene también energía o masa, si se quiere, es decir, que parece que el espacio vacío no lo está, hay una energía ahí y esa energía está haciendo que el universo no solamente se expanda, sino que lo haga de una manera acelerada. Este es un descubrimiento de los últimos años, que el universo es está expandiendo de manera acelerada. Ahora, ¿qué son la materia oscura y la energía oscura?... De esto no se tiene ni idea, ni desde el punto de vista teórico, ni desde el punto de vista experimental. Ahora hay proyectos de observación en marcha que van dirigidas fundamentalmente a entender estos dos fenómenos. Posiblemente tengamos noticias nuevas en los próximos años acerca de estos dos ingredientes.

Por cierto, la mayor parte del universo es materia oscura y energía oscura, nosotros no somos nada más que un 4%. La mayor parte de la energía contenida en las estrellas, las estrellas, el polvo y el gas cósmico, eso que se ve cuando nos enseñan las galaxias, eso nada más es el 4% del universo. La materia oscura es un 23% del universo y la energía oscura es un 73% del total que hay en el universo, aproximadamente. Estas cifras pueden variar.

En los próximos años podremos tener informaciones nuevas acerca de estas sustancias extrañas y también a entender aspectos del origen del universo que también son desconocidos. Es decir, que en los próximos años, la Física de Partículas y la Cosmología van a experimentar, y de hecho está experimentando, un gran auge, porque se esperan noticias nuevas y tenemos aspectos muy interesantes sobre los que investigar.

Esto responde perfectamente al aforismo de que cuánto más sé más cuenta me doy de que no sé nada...

Si llegáramos a conocer la razón de alguno de esos enigmas, habremos aprendido un problema íntimo de la naturaleza igual que la Teoría de la Relatividad y la Mecánica Cuántica resolvieron secretos sobre cómo funcionaba la naturaleza a comienzos del siglo XX.

Luego todo esto, por supuesto, acaba teniendo aplicaciones porque, por ejemplo, el LHC, los aceleradores de partículas, tienen cantidad de aplicaciones experimentales. ¡La propia web surgió en el CERN! -el anterior acelerador de partículas-, como un software informático para comunicarse entre físicos de partículas y luego acabó siendo lo que es. Pero realmente cuando trabajas no piensas en las aplicaciones, piensas en los problemas que te plantea la Naturaleza y en cómo resolverlos.