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¿Qué ocurre si se mete la cabeza en un acelerador de partículas?

Artículo original: What happens if you stick your head in a particle accelerator?,  Joel Frohlich

Traducido por Justin Lai

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¿Qué ocurre si se mete la cabeza en un acelerador de partículas? Este supuesto parece el comienzo de un cómic de Marvel de mala calidad, pero nos permite enfrentar nuestras intuiciones sobre la radiación, la vulnerabilidad del cuerpo humano y la propia naturaleza de la materia. Los aceleradores de partículas permiten a los físicos estudiar las partículas subatómicas acelerándolas en potentes campos magnéticos para luego rastrear las interacciones resultantes de las colisiones. Al ahondar en los misterios del Universo, los colisionadores han entrado en el espíritu de nuestra era, explotando tanto sus maravillas como sus temores.

Ya en 2008, al Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés), operado por la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN, por sus siglas en francés), se le encargó crear agujeros negros microscópicos que permitirían a los físicos detectar nuevas dimensiones. Para muchos, esto parece la trama de una desastrosa película de ciencia ficción. Por lo tanto, no fue sorpresa cuando dos personas presentaron una demanda para detener el funcionamiento del LHC, por si producía un agujero negro lo suficientemente potente para destruir el mundo. Pero los físicos argumentaron que la idea era absurda y la demanda fue rechazada.

Luego, en 2012, el LHC detectó el tan buscado bosón de Higgs, una partícula necesaria para explicar cómo las partículas adquieren masa. Con ese gran logro, el LHC entró en la cultura popular; apareció en la portada del álbum Super Collider (2013) de la banda de heavy metal Megadeth, y un acelerador de partículas similar formó parte de la trama en la serie de televisión estadounidense The Flash (2014-).

Sin embargo, a pesar de sus logros y su atractivo, el mundo de la física de partículas es tan abstracto que pocos comprenden sus implicaciones, su significado o su utilidad. A diferencia de una sonda de la NASA enviada a Marte, la investigación del CERN no produce imágenes tangibles y fáciles de entender. Al contrario, el estudio de la física de partículas se describe mejor mediante ecuaciones de pizarra y unas líneas onduladas llamadas diagramas de Feynman. Aage Bohr, premio Nobel y cuyo padre Niels inventó el modelo atómico de Bohr, junto con su colega Ole Ulfbeck han llegado a negar la existencia física de las partículas subatómicas como nada más que modelos matemáticos.

«¿Qué ocurre cuando un haz de partículas subatómicas que viajan a casi la velocidad de la luz se encuentra con el tejido del cuerpo humano?»

Lo que nos permite retomar nuestra pregunta original: ¿Qué ocurre cuando un haz de partículas subatómicas que viajan a casi la velocidad de la luz se encuentra con el tejido del cuerpo humano? Quizá porque los ámbitos de la física de partículas y la biología están conceptualmente tan alejados, no sólo a la gente común le falta la intuición necesaria para responder esta pregunta, sino también a algunos físicos profesionales. En una entrevista realizada en 2010 en YouTube a miembros de la facultad de física y astronomía de la Universidad de Nottingham, varios expertos académicos admitieron que no sabían lo que pasaría si uno metiera la mano dentro de un haz de protones en el LHC. El profesor Michael Merrifield es austero en su respuesta: «Esa es una buena pregunta. No lo sé sería la respuesta. Probablemente sea muy malo.» El profesor Laurence Eaves también se mostró cauto a la hora de sacar conclusiones. «Para las escalas de energía que notamos, no sería tan notable», dijo, probablemente con un poco de moderación británica. «¿Pondría mi mano en el haz? No estoy seguro de ello».

Estos experimentos de reflexión pueden ser herramientas útiles para explorar situaciones que no pueden estudiarse en el laboratorio. Sin embargo, de vez en cuando, los accidentes desafortunados producen ejemplos prácticos: oportunidades para que los investigadores estudien situaciones que no pueden ser inducidas experimentalmente por razones éticas. Estos estudios de caso tienen un tamaño de muestra de uno y no tienen un grupo de control. Pero, como ha señalado el neurocientífico V S Ramachandran en Phantoms in the Brain (1998), sólo hace falta encontrar un cerdo que hable para demostrar que los cerdos pueden hablar. El 13 de septiembre de 1848, por ejemplo, una barra de hierro atravesó la cabeza del trabajador ferroviario estadounidense Phineas Gage y modificó profundamente su personalidad, proporcionando las primeras pruebas para una base biológica de la personalidad.

«Es posible que, en ese momento de la historia, ningún otro ser humano haya experimentado un haz de radiación focalizado a tan alta energía.»

Y el 13 de julio de 1978, un científico soviético llamado Anatoli Bugorski metió la cabeza en un acelerador de partículas. En ese fatídico día, Bugorski estaba revisando una avería en el sincrotrón U-70, el mayor acelerador de partículas de la Unión Soviética, cuando falló un mecanismo de seguridad y un haz de protones que viajaba casi a la velocidad de la luz le atravesó la cabeza, al estilo de Phineas Gage. Es posible que, en ese momento de la historia, ningún otro ser humano haya experimentado un haz de radiación focalizado a tan alta energía. Aunque la terapia de protones, un tratamiento contra el cáncer que utiliza haces de protones para destruir tumores, fue desarrollada antes del accidente de Bugorski, la energía de estos haces no suele superar los 250 millones de electronvoltios (una unidad de energía utilizada para partículas pequeñas). Bugorski podría haber sentido toda la ira de un rayo con más de 300 veces esta energía, es decir 76 mil millones de electronvoltios.

La radiación de protones es excepcionalmente rara. Los protones del viento solar y de los rayos cósmicos son detenidos por la atmósfera terrestre, y la radiación de protones es tan inusual en el decaimiento radiactivo que no se observó hasta 1970. Las amenazas más conocidas, como los fotones ultravioletas y las partículas alfa, no penetran en el cuerpo más allá de la piel a menos que se ingiera una fuente radiactiva. El disidente ruso Alexander Litvinenko, por ejemplo, fue asesinado por partículas alfa, que ni siquiera atraviesan una hoja de papel, cuando ingirió, sin saberlo, polonio-210 radiactivo suministrado por un asesino. Pero cuando los astronautas del Apolo, protegidos por los trajes espaciales, fueron expuestos a rayos cósmicos que contenían protones y formas de radiación aún más exóticas, ellos informaron sobre destellos de luz visual, un presagio de lo que percibiría Bugorski el fatídico día de su accidente. Según una entrevista publicada en la revista Wired en 1997, Bugorski vio inmediatamente un intenso destello de luz, pero no sintió ningún dolor. El joven científico fue trasladado a una clínica de Moscú con la mitad de la cara hinchada, y los médicos esperaban lo peor.

Las partículas de radiación ionizante, como los protones, causan estragos en el cuerpo al romper los enlaces químicos del ADN. Este ataque al programa genético de una célula puede matarla, impedir que se divida o inducir una mutación cancerígena. Las células que se dividen rápidamente, como las células madre de la médula ósea, son las que más sufren. Por eso, dado que las células sanguíneas se producen en la médula ósea, muchos casos de envenenamiento por radiación dan lugar a infecciones y anemias por pérdidas de glóbulos blancos y rojos, respectivamente. Pero en el caso de Bugorski, la radiación se concentró a lo largo de un haz estrecho a través de la cabeza, en lugar de distribuirse ampliamente por medio de una lluvia radiactiva, como fue el caso de muchas víctimas del desastre de Chernóbil o del bombardeo de Hiroshima. Para Bugorski, los tejidos especialmente vulnerables, como la médula ósea y el tracto gastrointestinal, podrían haberse salvado en gran medida. Pero por donde atravesó el rayo la cabeza de Bugorski, depositó una cantidad grotesca de radiación, cientos de veces mayor que una dosis letal según algunas valoraciones.

Y sin embargo, Bugorski sigue vivo hoy en día. La mitad de su cara está paralizada, lo que le da un aspecto extrañamente joven a un hemisferio de su cabeza. Se dice que es sordo de un oído. Sufrió al menos seis crisis convulsivas tónico-clónicas. Comúnmente conocidas como convulsiones de gran mal, son las convulsiones más frecuentemente representadas en el cine y la televisión, con espasmos y pérdida del conocimiento. Es probable que la epilepsia de Bugorski sea el resultado de las cicatrices en el tejido cerebral dejadas por el haz de protones. También le ha dejado convulsiones de petit mal (pequeño mal) o de ausencia, episodios de mirada fija mucho menos dramáticos durante los cuales se interrumpe brevemente la consciencia. No hay informes de que a Bugorski se le haya diagnosticado cáncer, aunque eso suele ser una consecuencia a largo plazo de la exposición a la radiación.

A pesar de que un rayo de un acelerador de partículas le atravesó el cerebro, el intelecto de Bugorski permaneció intacto, y completó con éxito su doctorado después del accidente. Bugorski sobrevivió a su accidente. Y aunque el interior de un acelerador de partículas sea aterrador e impresionante, la humanidad ha sobrevivido hasta ahora a la era nuclear.

Este artículo apareció originalmente en Aeon y también en el sitio web de The Atlantic.

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Escrito por Joel Frohlich
Ilustrado por Jooyeun Lee 
Traducido por Justin Lai 

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Referencias

Ulfbeck, O. & Bohr, A. Foundations of Physics (2001) 31: 757. doi:10.1023/A:10175963120

Sixty Symbols. “Putting your hand in the Large Hadron Collider…” Online video clip. YouTube. Youtube, September 16, 2010.. Web.February 25, 2017. https://youtu.be/aAnlBW5INYg

Ramachandran, V. S., Blakeslee, S., & Sacks, O. W. (1998). Phantoms in the brain: Probing the mysteries of the human mind (pp. 224-25). New York: William Morrow.


Autor

Joel Frohlich

Joel Frohlich es un investigador postdoctoral que estudia la consciencia en el laboratorio de Martin Monti en la UCLA. Él está interesado en el uso de la actividad cerebral registrada con la electroencefalografía para inferir cuando una persona está consciente. Joel obtuvo su doctorado en UCLA en el 2018 estudiando los marcadores electroencefalográficos de los trastornos neurológicos del desarrollo en el laboratorio de Shafali Jeste. También puede consultar el blog de Joel llamado «Conciencia, Auto-organización y Neurociencia» en Psychology Today. Para obtener más información sobre la investigación y los ensayos de Joel, visite el sitio web de Joel en joelfrohlich.com.

Author

  • Joel Frohlich

    Joel Frohlich es un postdoctorado que estudia la consciencia en el laboratorio de Martin Monti en UCLA. Está interesado en utilizar la actividad cerebral registrada con la electroencefalografía para inferir cuándo una persona está consciente. Joel obtuvo su doctorado de UCLA en el 2018 estudiando marcadores electroencefalográficos de trastornos del neurodesarrollo en el laboratorio de Shafali Jeste. También puede visitar el blog de Joel: Conciencia, autoorganización y neurociencia en Psychology Today. Para

Joel Frohlich

Joel Frohlich es un postdoctorado que estudia la consciencia en el laboratorio de Martin Monti en UCLA. Está interesado en utilizar la actividad cerebral registrada con la electroencefalografía para inferir cuándo una persona está consciente. Joel obtuvo su doctorado de UCLA en el 2018 estudiando marcadores electroencefalográficos de trastornos del neurodesarrollo en el laboratorio de Shafali Jeste. También puede visitar el blog de Joel: Conciencia, autoorganización y neurociencia en Psychology Today. Para