POSITRÓN

El elegante gigante, pequeño y fascinante

Apunte diario sobre Letras Hipnóticas

Semillas de girasol 🌻 del español en castellano

El vertiginoso trayecto de la eñe

POSITRÓN

El elegante gigante, pequeño y fascinante

Por Arturo David Vásquez Urdiales

Hay palabras que parecen haber nacido para la poesía y, sin embargo, nacieron de una ecuación.

Positrón es una de ellas.

Suena a criatura interplanetaria, a combustible de una nave que todavía no hemos construido, a personaje diminuto escapado de una novela de ciencia ficción.

Pero el positrón no pertenece a la fantasía. Existe.

Cruza el universo.

Nace en determinados procesos radiactivos. Puede producirse artificialmente. Vive apenas lo suficiente para encontrarse con su contrario y desaparecer.

Y, paradójicamente, desapareciendo nos permite ver.

Nuestro Duende Urdiales, escribano curioso del vertiginoso trayecto de la eñe, encuentra hoy una palabra extraña en medio del camino.

La levanta como quien recoge una semilla de girasol caída sobre la vereda:

positrón.

La mira.

La sopesa.

Y descubre que casi no pesa nada.

Pero detrás de aquella pequeñez está escondida una de las revoluciones intelectuales más extraordinarias del siglo XX: la antimateria.

I. Cuando las matemáticas vieron lo que los ojos todavía no podían ver

Nuestra historia comienza en 1928.

Paul Adrien Maurice Dirac era un joven físico británico extraordinariamente reservado.

Tenía apenas veinticinco años cuando publicó una nueva teoría del electrón.

La física vivía entonces una de sus épocas más vertiginosas.

Einstein había trastornado nuestra comprensión del espacio y del tiempo. Heisenberg, Schrödinger, Bohr y otros estaban levantando la mecánica cuántica.

Pero había un problema.

Había que conseguir que el electrón pudiera vivir simultáneamente bajo las leyes de la nueva mecánica cuántica y las exigencias de la relatividad especial.

Dirac intentó reconciliar aquellos dos mundos.

Y las matemáticas le contestaron algo desconcertante.

Su ecuación admitía soluciones que parecían corresponder a energías negativas.

Aquello no era un pequeño inconveniente algebraico que pudiera esconderse debajo de la alfombra.

La ecuación parecía estar diciendo algo.

Con el desarrollo de su interpretación, Dirac llegó a proponer la existencia de una contraparte del electrón: misma masa, pero carga eléctrica opuesta. En lugar del electrón negativo, debía existir una suerte de electrón positivo.

Era una idea formidable.

La naturaleza conocida decía una cosa.

Las matemáticas parecían decir otra.

Y Dirac tuvo la osadía intelectual de escuchar a las matemáticas.

En su conferencia Nobel explicaría después aquella criatura como una especie de ausencia —un “hueco”— dentro de los estados de energía negativa.

Ese hueco se comportaría como una partícula positiva: el espejo del electrón.

La antimateria había comenzado a existir sobre un pizarrón antes de que alguien pudiera señalarla con el dedo.

Hay aquí nuestra primera semilla de girasol:

a veces el ser humano descubre primero con la inteligencia aquello que sus ojos tardarán años en contemplar.

II. La raya que atravesó una placa de plomo

Cuatro años después apareció Carl David Anderson.

California.

1932.

Anderson estudiaba rayos cósmicos en Caltech mediante una cámara de niebla, aquel maravilloso instrumento en el que una partícula cargada deja una diminuta estela de gotitas condensadas.

Era, de alguna manera, fotografiar lo invisible.

Anderson construyó su propia cámara y utilizó un potente campo magnético. Las partículas cargadas curvaban sus trayectorias dependiendo de su carga y momento.

Pero había una dificultad: una fotografía de una curva podía resultar ambigua. Había que saber hacia dónde viajaba realmente la partícula.

Entonces apareció una solución elegantísima.

Anderson introdujo una placa de plomo dentro de la cámara.

Cuando la partícula atravesara el plomo perdería energía; después de atravesarlo, su trayectoria se curvaría más. De esa manera podía determinarse la dirección de su movimiento.

Y apareció la fotografía.

Una sencilla línea blanca atravesando una placa.

Nada espectacular para el profano.

Ninguna explosión.

Ningún relámpago.

Ningún estruendo.

Pero aquella pequeña curva estaba anunciando una nueva arquitectura del universo.

La trayectoria correspondía a una partícula de carga positiva y masa comparable a la del electrón. Anderson había encontrado experimentalmente aquello que la nueva física había anunciado: el electrón positivo.

En marzo de 1933 publicó The Positive Electron.

Allí empleó expresamente el nombre que hoy nos trae caminando por estas Letras Hipnóticas:

positron.

En un conjunto de unas 1,300 fotografías de trayectorias de rayos cósmicos había identificado quince correspondientes a partículas positivas cuya masa no podía ser la del protón.

El universo había firmado la ecuación de Dirac.

Dirac recibió el Nobel de Física de 1933, compartido con Erwin Schrödinger, por nuevas formas productivas de la teoría atómica; Anderson recibiría el Nobel de Física de 1936 específicamente por el descubrimiento del positrón.

III. El encuentro más breve del universo

Pero nuestro pequeño gigante tenía todavía otro secreto.

Un positrón puede encontrarse con un electrón.

Materia frente a antimateria.

Carga positiva frente a carga negativa.

Dos espejos enfrentados.

¿Y qué ocurre?

Aniquilación.

La palabra puede parecernos terrible, aunque el fenómeno es bellísimo desde la física.

El electrón y el positrón desaparecen como tales y su energía aparece, típicamente, en forma de dos fotones gamma que parten aproximadamente en direcciones opuestas.

Dirac ya había comprendido que la teoría permitía tanto la aniquilación electrón-positrón como el proceso inverso de creación de pares a partir de radiación suficientemente energética.

Y aquí comienza otra historia.

Porque alguien terminó preguntándose:

¿y si pudiéramos detectar esos dos destellos?

¿Y si pudiéramos saber de dónde salieron?

¿Y si millones de esos encuentros permitieran reconstruir un mapa del interior de un ser humano?

Entonces la física de partículas comenzó lentamente a caminar hacia la medicina.

IV. Cuando la antimateria entró al hospital

La tomografía por emisión de positrones no nació de una única ocurrencia ni pertenece a un único inventor.

Fue una carrera de relevos.

En 1951 ya se estaban desarrollando conceptos para utilizar la detección de positrones en medicina, y en 1953 Gordon Brownell y William Sweet, en el Massachusetts General Hospital, publicaron trabajos sobre localización de tumores cerebrales mediante emisores de positrones. Colocaban detectores a ambos lados de la cabeza para registrar simultáneamente la radiación producida.

Aquello todavía no era el PET moderno que conocemos.

Pero la puerta estaba abierta.

Durante las décadas siguientes se reunieron piezas que hasta entonces pertenecían a mundos diferentes: física nuclear, medicina, electrónica, química, matemáticas y, decisivamente, computación.

La gran transformación ocurrió durante los años setenta.

En Washington University, el trabajo de Michael Ter-Pogossian, Michael Phelps, Edward Hoffman y sus colaboradores produjo sistemas capaces de realizar verdadera tomografía transaxial por emisión de positrones.

En 1975 se publicaron trabajos fundamentales sobre aquellos nuevos equipos y métodos de reconstrucción.

Ya no se trataba simplemente de detectar radiación.

Se trataba de reconstruir matemáticamente de dónde provenía.

Había nacido la arquitectura esencial del PET moderno.

V. ¿Pero cómo puede la antimateria fotografiarnos?

Aquí nuestro Duende Urdiales se detiene.

Mafalda deja de rumiar.

Platero levanta una oreja.

Ñux observa con esa superioridad científica que solamente poseen los gatos.

Y el Duende pregunta:

—¿Entonces meten antimateria dentro de una persona?

En cierto sentido, sí, aunque en cantidades diminutas y controladas mediante un radiofármaco.

Uno de los ejemplos más conocidos es la 18F-FDG, una molécula relacionada con la glucosa marcada con flúor-18.

El flúor-18 es radiactivo y emite positrones.

Después de ser emitido, el positrón recorre una distancia muy pequeña por el tejido hasta encontrarse con un electrón.

Y entonces ocurre el abrazo imposible:

materia + antimateria.

Ambos se aniquilan.

Aparecen dos fotones gamma de 511 keV que parten aproximadamente en sentidos opuestos.

El tomógrafo posee detectores alrededor del paciente. Cuando dos detectores registran simultáneamente aquellos fotones opuestos, el sistema establece una línea probable sobre la cual ocurrió la aniquilación.

Una vez.

Mil veces.

Un millón de veces.

Millones de pequeños encuentros.

Después intervienen las matemáticas y las computadoras.

Y de aquellas desapariciones surge una imagen.

El PET no se limita, por tanto, a enseñarnos la anatomía. Puede proporcionarnos información molecular, bioquímica y funcional acerca de lo que está ocurriendo dentro de tejidos y órganos vivos.

Es decir:

no solamente muestra cómo somos; puede mostrar qué estamos haciendo por dentro.

VI. Del cielo al cerebro

Pensemos en el trayecto.

1928.

Un muchacho británico escribe una ecuación.

1932.

Otro joven mira una línea curva dejada por un rayo cósmico en una cámara de niebla.

1951.

Médicos y físicos comienzan a preguntarse si aquellos fotones producidos por la aniquilación podrían servir para localizar procesos dentro del cerebro.

1953.

Brownell y Sweet publican estudios humanos.

Década de 1970.

Los detectores empiezan a rodear al paciente.

Las computadoras reconstruyen cortes.

La química aprende a colocar radionúclidos emisores de positrones dentro de moléculas biológicamente interesantes.

Y finalmente la física de las estrellas entra por la puerta de los hospitales.

Hoy la tomografía por emisión de positrones se emplea, entre otros campos, en oncología, neurología, cardiología e investigación biomédica.

Aquella partícula descubierta mirando rayos cósmicos terminó ayudándonos a observar un cerebro humano.

Extraordinario.

VII. Positrón: una palabra pequeña para una idea gigantesca

También merece nuestra atención la palabra.

Positrón procede del inglés positron, nombre empleado por Anderson para aquel electrón positivo.

Es una construcción admirablemente compacta: evoca lo positivo y conserva la terminación de electron.

Y el castellano hizo lo que tantas veces sabe hacer: recibió al viajero, le colocó tilde y lo sentó a nuestra mesa.

Positrón.

Aguda.

Rotunda.

Casi metálica.

Parece terminar con el ruido de una puerta espacial cerrándose:

-trón.

Electrón.

Neutrón.

Positrón.

Palabras nacidas de la ciencia que, sin proponérselo, poseen música.

Por eso también caben en nuestras semillas de girasol del español en castellano.

Porque el idioma no solamente sirve para nombrar árboles, amores, testamentos, guerras y nostalgias.

También tiene que encontrar palabras para aquello que jamás habíamos visto.

Incluso para la antimateria.

VIII. Reflexión Hipnótica

El Duende Urdiales continúa caminando.

Lo siguen Fe, Esperanza y Caridad.

Mafalda avanza lentamente.

Platero lleva sobre el lomo algunos libros.

Ñux brinca sobre una piedra.

El Señor Sombra resopla.

El Señor Luz mira hacia las estrellas.

Y nuestro pequeño escribano guarda cuidadosamente la palabra positrón dentro de su morral.

Porque acaba de aprender algo.

El positrón es diminuto.

Tan diminuto que ningún ojo humano podría verlo directamente.

Pero obligó a la humanidad a ampliar su idea del universo.

Primero fue pensamiento.

Después ecuación.

Después sospecha.

Después una pequeña raya sobre una fotografía.

Después certeza.

Después instrumento.

Después medicina.

Y finalmente una persona acostada dentro de un tomógrafo mientras millones de acontecimientos invisibles permiten que los médicos contemplen procesos que ocurren dentro de su cuerpo.

Así avanza muchas veces el conocimiento humano.

Lo que ayer fue una extravagancia matemática, mañana puede convertirse en una herramienta para salvar una vida.

Dirac escribió.

Anderson observó.

Brownell y Sweet imaginaron una aplicación médica.

Ter-Pogossian, Phelps, Hoffman y muchos otros transformaron aquella posibilidad en tomografía.

Cada generación recibió una pequeña antorcha y caminó unos metros más.

Quizá allí reside la verdadera grandeza del positrón.

No solamente en ser antimateria.

Sino en recordarnos que lo contrario no necesariamente es enemigo.

El electrón y el positrón poseen cargas contrarias.

Parecerían destinados a negarse.

Cuando se encuentran, desaparecen.

Y sin embargo, de aquella desaparición nace luz.

Dos fotones salen disparados.

Los detectores los reciben.

Las computadoras reconstruyen su procedencia.

Y nosotros conseguimos mirar lo que antes estaba oculto.

Qué extraordinaria metáfora para nuestra pobre y maravillosa humanidad.

Nos pasamos la vida temiendo a lo contrario.

Otra idea.

Otra cultura.

Otro tiempo.

Otra mirada.

Otro ser humano.

Pero la naturaleza lleva miles de millones de años enseñándonos que algunas oposiciones no terminan necesariamente en oscuridad.

A veces producen luz.

El Duende Urdiales levanta entonces la vista.

Muy arriba cruza silenciosamente un rayo cósmico.

Quizá lleva viajando millones de años.

Quizá mañana otro niño escribirá una ecuación que nadie comprenderá.

Quizá dentro de cien años una tecnología que hoy consideramos imposible será tan cotidiana como actualmente lo es entrar a un hospital y contemplar imágenes construidas gracias a partículas de antimateria.

Porque el conocimiento humano es precisamente eso:

una caminata interminable hacia aquello que todavía no sabemos nombrar.

Y mientras llega ese mañana, nuestro Duende vuelve a ponerse el sombrero.

Mira a los animales de la granja.

Sonríe.

Y continúa por el vertiginoso trayecto de la eñe llevando consigo una palabra recién recogida del mismísimo universo:

POSITRÓN.

El elegante gigante.

Pequeño.

Invisible.

Contrario.

Efímero.

Y absolutamente fascinante.

Porque hay cosas tan pequeñas que solamente el universo entero alcanza para explicar su grandeza.

Yo, el escriba de las cosas simples, agradece mucho su atención y le invita a compartir esta semilla de girasol, que como todo girasol, voltea a ver el sol.

Muchas gracias ✓