Átomo

No recuerdo la primera vez que vi un átomo, pero sí recuerdo la primera vez que los estudiamos en ciencias, y me fascinaron. Su complejidad en los dibujos que nos mostraban, y cómo podían unirse y formar sustancias, me hicieron querer saber más: leí mucho sobre ellos, sobre su lugar en la tabla periódica, sus partículas, y hasta sobre cómo se usaban para generar la energía de nuestras casas.

Mucho tiempo después aprendí a programar, y quise reflejar lo aprendido en clases y libros. Quería crear un átomo, verlo moverse, que cada una de sus partes pareciera real; combinarlos y, tal vez, construir algo más grande en un simulador. Pero pasó algo que no esperaba: ya no era un joven curioso, sino un adulto con otra manera de pensar. Así que empecé a investigar desde cero. Y el resultado fue sorprendente: tras años de leer libros sobre el tema, bastaron unas pocas horas de pensamiento crítico para revelar detalles que antes no había visto.

Aunque los relatos varían mucho, casi todos se remontan a la era antigua y se parecen bastante a este:

«Cuentan que los primeros estudios sobre los átomos se remontan a la era antigua, cuando los más estudiosos investigaron en cuántas partes se podía dividir todo. Tras largos estudios concluyeron que las cosas se podían dividir solo hasta un límite, quedando al final fragmentos muy pequeños e imperceptibles, a los que llamaron átomos.»

Para entender la idea, imagina que estás súper aburrido y agarras cualquier cosa divisible —un palillo, una hoja, una fruta— y la partes a la mitad. Y otra vez. Y otra… hasta que ya no puedas más. Y listo: ¡ya tienes un átomo! …o esa era la idea, al menos.

Si pudiéramos detener el tiempo y quedarnos con esta historia, podría construir mi simulador sin problemas: bastaba con hacer que una manzana se partiera en dos, en tres…, ponerle un límite y listo. Pero esto era apenas el inicio de la historia.

Lo que sigue a continuación es el subproducto de un profundo estudio sobre hechos históricos y descubrimientos, que fueron moldeando lo que hoy llamamos átomos.

A comienzos del siglo XIX, un químico británico llamado John Dalton, ante la ausencia de la tabla periódica y de símbolos para representar los elementos químicos, creó su propio sistema de representación gráfica. Básicamente, creó un listado con los elementos conocidos —oro, plata, carbono, oxígeno...— y dibujó un círculo junto a cada uno con un diseño diferente en su interior para poder diferenciarlos entre sí.

Dalton concebía a los átomos como diminutas esferas macizas e indivisibles, a las que comúnmente llamó "partículas últimas", algo así como el límite de la materia, donde ya no se podía dividir más. Su trabajo logró unir de forma definitiva el concepto abstracto del átomo con la experimentación química, por lo que históricamente se le reconoce como el padre de la teoría atómica.

Casi un siglo después, otro científico británico llamado Joseph John Thomson, intentando explicar la naturaleza de los rayos catódicos, argumentó que estos estaban compuestos por pequeños corpúsculos portadores de electricidad. Para explicar de dónde procedían tales partículas, argumentó que habitaban dentro de los átomos, algo parecido a las pasas de un budín, y creó incluso una teoría atómica basada en ese budín de pasas.

Cabe señalar que Thomson jamás mostró al mundo ni uno solo de esos corpúsculos: los dedujo de sus experimentos y no los vio. Aun así, la idea fue premiada con el Nobel en 1906 y quedó grabada como un hecho. A partir de ahí, el átomo dejó de ser una hipótesis modesta para volverse algo que nadie se atrevió a cuestionar. Estos hechos cambiaron por completo las reglas del juego para los científicos de entonces, convirtiendo así al átomo y sus teorías en un trampolín seguro al éxito.

Años más tarde, un científico neozelandés llamado Ernest Rutherford relacionó también sus investigaciones sobre la radiactividad con los átomos, y argumentó que estos no eran estáticos como el budín de Thomson, sino algo muy parecido a un sistema solar en miniatura. Integró además una pieza nueva —un núcleo diminuto donde se concentraba casi toda la masa— y construyó sobre ella una nueva teoría atómica.

El nuevo modelo atómico-planetario era algo así como un núcleo muy pequeño y de carga positiva, alrededor del cual giraban partículas de carga negativa (los electrones), formando una especie de sistema orbital. La tercera pieza, el neutrón, todavía no figuraba: no aparecería hasta 1932. Por sus investigaciones sobre las sustancias radiactivas, Rutherford se ganó un Nobel en 1908.

Casi a la par con el éxito de Rutherford, un joven danés llamado Niels Bohr, intentando corregir errores en el modelo atómico-planetario, le agregó niveles orbitales, niveles energéticos, saltos entre órbitas, y hasta la emisión y absorción de luz, que él asumió como ondas electromagnéticas. Con su trabajo Bohr llevó lo que antes era un mapa teórico para explicar ciertos fenómenos a algo que exigía llenar pizarras para entenderlo. Como fruto de su aporte a la estructura de los átomos, Niels Bohr ganó un Nobel en 1922.

Lo que siguió a Bohr fue una lista casi interminable de mentes brillantes. Todas ellas agregaron teorías cada vez más alocadas sobre los átomos —nunca antes vistas—, haciendo crecer su aparato matemático a niveles astronómicos. Siendo sincero, luego de horas de lectura sobre el tema, ver cada modelo atómico era como ver el trineo de Santa Claus, algo escandalosamente divulgado que nadie ha podido ver.

Dado que los modelos atómicos son un mapa imaginario, cabe una pregunta más honesta: ¿Se habrá visto alguna vez algo parecido a un átomo? La respuesta corta es incómoda: depende de qué entendamos por ver.

Para explicarlo mejor, imaginemos que vemos una manzana: la luz rebota en su superficie, llega a nosotros y forma su imagen en nuestros ojos. Pero por debajo de unos 200 nanómetros ese truco deja de funcionar: la luz común ya no devuelve un retrato de lo que existe, parece pasar a su alrededor sin dibujarlo y sigue su curso, como si aquello fuese translúcido. Solo una luz muy especial —intensísima, como la que se produce en los grandes aceleradores de partículas— ha logrado arrimarse a esa escala, y aun así lo que entrega no son fotografías, sino patrones: siluetas y sombras.

La ciencia, usando toda la tecnología a su alcance, ha llegado asombrosamente lejos: puede ubicar siluetas difusas, contarlas, ordenarlas de una a una, medir el campo eléctrico a escalas increíblemente pequeñas. Pero cada una de esas hazañas es una medición vestida de imagen, no una mirada directa. Lo que hoy llamamos "una foto de átomos" sigue siendo un mapa —muchísimo mejor que los de Thomson o Bohr, pero un mapa al fin—. Y hay que decirlo con calma, sin dramatismo: hemos medido su rastro con una precisión extraordinaria; verlos, en el sentido llano como a una manzana, todavía no. Y lo mismo vale para casi todo lo muy pequeño o muy lejano.

Una hipótesis casi descabellada, pero crucial: ¿Qué pasaría si, ante su inverosimilitud, decidiéramos quitar el átomo de un plumazo, borrar cada uno de sus modelos de las aulas y de todas y cada una de las ramas del saber?

Lo primero que sucedería sería un caos total en las aulas y la educación. Los libros de texto tendrían que reescribirse borrando más de 200 años de historia. Millones de páginas quedarían llenas de "huecos" conceptuales, palabras tachadas o términos prohibidos que harían los textos totalmente ilegibles. Las ecuaciones de Schrödinger, las estructuras de Lewis y los diagramas de enlaces moleculares carecerían de una premisa básica, convirtiéndose en garabatos sin sentido. Tesis enteras dedicadas a la nanotecnología, la física nuclear o la bioquímica quedarían invalidadas de golpe.

La ciencia, por su parte, no se detendría: buscaría otros caminos —matemáticos, filosóficos— para explicar lo que el átomo antes explicaba. Porque el mundo seguiría hecho de lo mismo. Solo habríamos borrado el mapa y no el terreno.

Aunque no lo parezca, detrás de tanto empeño —y de miles de personas dedicando su vida entera a dibujar mejor los átomos— hay una apuesta: investigar de qué está hecha la materia a un nivel más profundo promete un universo repleto de posibilidades.

La transmutación de los elementos químicos podría volverse viable. Ya hoy los reactores nucleares transforman elementos como el uranio en plutonio y cesio. Bombardear elementos más ligeros con partículas puede también convertirlos en elementos más pesados. Sin embargo, cada una de esas transformaciones es extremadamente costosa e inviable, y devuelve además resultados ínfimos. Todo ello es algo que podría cambiar si entendiéramos mejor el proceso y pudiésemos controlarlo a un nivel más bajo.

Por decirlo en broma, podríamos convertir las piedras en oro o diamantes, llenar los bancos y luego convertirlos en rocas nuevamente; e incluso ir más lejos y crear nuevos elementos químicos con nuevas propiedades: materiales que desafíen la gravedad, superconductores a altas temperaturas… toda una historia sin fin.

El segundo premio ya está encendido, y no en un laboratorio sino en tu casa: buena parte de la electricidad del mundo sale de un enorme esfuerzo que hace posible que todos disfrutemos de ella. Entender mejor la materia nos podría permitir formas de generar energía que aún desconocemos, mucho mejores y más eficientes que las actuales. Eso sin dejar de lado la posibilidad de su uso para fines no pacíficos, lo que ha traído resultados trágicos a lo largo de la historia.

Pero no todo traería tragedias. Detrás de estas investigaciones está la esperanza de mejorar tecnologías como la resonancia magnética nuclear, indispensable para diagnosticar enfermedades; o de hallar nuevas formas de procesar la información, que podrían llevar a los futuros ordenadores a límites insospechados. Y, sin duda la más ambiciosa e imaginaria de todas, asoma una vieja meta: entender qué es el tiempo y, quizá, poder controlarlo.

Todo ello explica por qué muchos no sueltan el lápiz y siguen investigando. Si con un mapa tan borroso e imaginario como el átomo hemos llegado hoy tan lejos, ¿hasta dónde llegaríamos si pudiéramos entender y controlar la materia en su nivel más bajo?

Al final, mi simulador se quedó en un mero intento. Como habrás imaginado, simular un átomo en un ordenador era como intentar cazar mariposas con los ojos vendados. Aun así, todo ello me llevó no solo a interesarme por los átomos y sus modelos imaginarios, sino también a abordar todo un universo de conocimientos que alguna vez nos fascinaron y que, en el fondo, pocos conocemos.