Nobeles misteriosos

Por Martín Bonfil Olivera
Dirección General de Divulgación de la Ciencia, UNAM
Publicado en Milenio Diario, 14 de octubre de 2015

La semana pasada hablamos aquí del premio Nobel de medicina de este año. Comentemos hoy los otros dos Nobeles de ciencias naturales: el de física y el de química. En ambos casos, se trata de investigaciones que resolvieron misterios.

El de física se otorgó, como habíamos mencionado, a dos investigadores cuyos apellidos, yuxtapuestos, producen un efecto divertido: Kajita y McDonald. Takaaki Kajita y Arthur B. McDonald, uno japonés y el otro canadiense, recibieron el premio “por su descubrimiento de las oscilaciones de neutrinos, que demuestran que los éstos tienen masa”.

Kajita y McDonald

¿Qué son los neutrinos? Originalmente, fueron partículas teóricas “indetectables” postuladas en 1930 por el famoso físico austriaco Wolfgang Pauli (que ganó el Nobel en 1945) como una manera de ajustar su modelo teórico para explicar un tipo de desintegración radiactiva (el decaimiento beta). A primera vista sonaría como hacer trampa; pero cuando los físicos proponen este tipo de entidades normalmente lo hacen porque es la única manera concebible de explicar toda una serie de datos precisos y confiables con los que cuentan. Es un poco como hacía Sherlock Holmes para resolver un crimen, a veces planteando soluciones inesperadas: “Cuando todo lo imposible se ha eliminado, lo que quede, por improbable que parezca, debe ser la verdad”.

Los neutrinos son leptones, un tipo de partículas fundamentales que no se pueden descomponer en otras más pequeñas (a diferencia de los hadrones, como el protón o el neutrón, que están formadas por cuarks). En realidad no es que sean indetectables, sino que sólo interactúan muy pero muy raramente con el resto de las partículas que forman la materia: son casi como fantasmas. A través de la Tierra –y de nuestro cuerpo– pasan constantemente millones de neutrinos provenientes del espacio.

De cualquier modo, fueron detectados en 1956 (ganando así otro premio Nobel, el de 1995, para quienes lo lograron). Se han establecido grandes detectores para estudiarlos: inmensos tanques llenos de agua pesada (que tiene deuterio, el primo pesado del hidrógeno, en su molécula). Sus paredes están tapizadas de tubos fotomultiplicadores, que pueden detectar cualquier mínimo destello de luz que ocurra en la oscuridad.

La detección de neutrinos se basa en que éstos pueden viajar, en el agua, más rápido que la luz (nada puede superar la velocidad de la luz en el vacío, pero ésta viaja más lentamente en otros medios, y nada en la teoría de la relatividad de Einstein prohíbe que algo viaje más rápido en esas condiciones). Cuando una partícula viaja más rápido que la luz, emite fotones, debido al llamado “efecto Cerenkov”. Son los fotones de luz producidos por los neutrinos al pasar por el agua los que se detectan.

Pues bien: al estudiar los neutrinos procedentes del sol, la cantidad detectada en distintos experimentos era sólo un tercio de la esperada según los cálculos teóricos. ¿Dónde estaban los faltantes? El misterio de los neutrinos ausentes podría significar que el sol estuviera muriendo. Afortunadamente no fue así.

El interior del detector
Super Kamiokande

Existen tres tipos de neutrinos: tipo electrón, tipo tau y tipo muón. En 1998 Kajita, utilizando datos del detector Super Kamiokande, en Japón –con sus 50 mil toneladas de agua ultrapura a mil metros bajo tierra– descubrió que los neutrinos que constantemente se producen en la atmósfera debido a los rayos cósmicos podían “cambiar de personalidad” al llegar a la Tierra: de ser tipo electrón, podían pasar a ser tipo muón, por ejemplo. Y en 2001 McDonald, –trabajando en el Observatorio de Neutrinos de Sudbury, en Canadá con mil toneladas de agua pesada a dos kilómetros de profundidad– confirmó que los neutrinos procedentes del sol, que son de tipo electrón, podían también “oscilar” para transformarse en tipo muón o tau. Misterio resuelto: los neutrinos están ahí, pero no los veíamos porque no son del tipo que esperábamos.

Las implicaciones del descubrimiento de la oscilación de neutrinos son grandes: para que sea posible que cambien de tipo, se necesita que tengan masa: algo que contradice el llamado “modelo estándar” que describe todas las partículas subatómicas conocidas. En otras palabras: algo debe andar mal con el modelo. Es imperfecto, y habrá que seguir buscando uno mejor. Aunque parezca raro, esto hace muy felices a los físicos de todo el mundo, que disfrutan de poder seguir resolviendo misterios, y probablemente se deprimirían si llegáramos a conocer todo sobre el universo.

Lindahl, Modrich y Sancar

Por su parte, el misterio que resolvieron los ganadores del Nobel de química es distinto: se otorgó al sueco Tomas Lindahl, el estadounidense Paul Modrich y el turco Aziz Sancar “por sus estudios de los mecanismos de reparación del ADN”.

Todos sabemos que la información genética, que controla todas las funciones de los seres vivos, se almacena en la molécula de ácido desoxirribonucleico, o ADN. En 1970 Lindahl descubrió que el ADN no es una molécula especialmente robusta, como cabría esperar, sino que es extremadamente frágil, y constantemente sufre daño debido a agentes químicos o a la radiación ambiental. ¿Cómo es posible que los seres vivos sobrevivan así?

La respuesta es que existen distintos tipos de mecanismos bioquímicos que constantemente monitorean el ADN y reparan los distintos tipos de daño que puede sufrir. En 1974 el propio Lindahl descubrió el mecanismo de reparación por corte de bases, que detecta “letras” dañadas en la molécula de ADN y elimina las regiones donde se hallan. En 1983, Sancar descubrió un mecanismo distinto para reparar el ADN, el de corte de nucleótidos, que detecta uniones erróneas entre dos letras y elimina el tramo de ADN dañado, sustituyéndolo por el correcto. Y en 1989 Modrich halló un tercer mecanismo natural, la reparación de errores de apareamiento, que corrige “erratas” del ADN en que una “letra” en una de las dos cadenas de la doble hélice está apareada con la pareja incorrecta.

Es posible que sus descubrimientos, además de ayudarnos a entender mejor el funcionamiento celular, algún día puedan aplicarse para combatir enfermedades causadas por mutaciones en el ADN, como el cáncer. Por lo pronto, la ciencia que resuelve misterios es reconocida, acertadamente, por los premios Nobel.

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Contacto: mbonfil@unam.mx

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