“Mi familia paterna proviene de San Vicente Coyotepec, en el estado de Puebla, y mis abuelos se dedicaban al campo. Cuando las cosas se pusieron difíciles, migraron a la capital, donde se encontraron con dificultades pero supieron salir adelante. Siempre me inculcaron el trabajo honesto y el hacer lo mejor posible en cualquier tarea que desempeñara”. El doctor Antonio Ortiz Velásquez, uno de los principales contribuyentes en varias direcciones del Experimento del Gran Colisionador de Iones (ALICE, por sus siglas en inglés), relata en entrevista para Obsidiana que él mismo, y su carrera profesional, son resultado de la influencia de maestros mexicanos de escuelas públicas, comprometidos con la formación de estudiantes interesados en el conocimiento científico.

“Fui a la escuela primaria pública Juan N. Méndez, en Puebla, donde tuve maestros con vocación docente excepcional y que tuvieron una gran repercusión en mí. De forma particular recuerdo a la profesora Sandra Luz León porque intentaba acercarnos a los avances científicos del momento; gracias a ella escuché por primera vez sobre la sopa de quarks y gluones. Incluso había ferias de ciencia en las que participaba. Fueron los inicios de lo que después sería mi carrera científica”, contó uno de los físicos de partículas más destacados de nuestro país, miembro del Gran Colisionador de Hadrones (LHC).

La denominada sopa de quarks y gluones es resultado de lo que pasó inmediatamente después de la Gran Explosión que dio origen al Universo, en la cual, material 20 veces más denso que un núcleo atómico y con una temperatura tan alta que superaría 250 mil veces la que se presenta en el centro del Sol, se transformó unos microsegundos después y, al enfriarse, ese estado de la materia desapareció, se “condensó” en protones y neutrones para luego formar estructuras más complejas.

Flattenicity será una herramienta muy poderosa para dar la palabra final sobre observaciones de colisiones de protones.

Antonio estudió en la preparatoria Emiliano Zapata de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla (BUAP), donde tuvo excelentes profesores que encaminaron su gusto hacía las ciencias naturales y exactas. Pero se adentró de lleno a la física de partículas elementales hasta que ingresó a la licenciatura de física aplicada en la BUAP. Desde el inicio de su carrera, los científicos mexicanos Arturo Fernández y Luis Villaseñor lo guiaron para involucrarse en un proyecto científico relacionado con el Gran Colisionador de Hadrones.

La variable Spherocity

El maestro y doctor en ciencias físicas por la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) realizó una estancia posdoctoral en la Universidad de Lund, Suecia, donde se especializó en el estudio del plasma de quarks-gluones (QGP, por sus siglas en inglés) en colisiones de iones pesados.

“Me gusta proponer nuevas direcciones y explorar las anomalías que observamos en los datos. Una de las primeras preguntas que me formulé fue: ¿por qué había colisiones, no de iones pesados, sino de protones, en las cuales se producía un alto número de partículas (multiplicidad), y cuál era su origen? ALICE, el experimento donde trabajo, se enfoca en hacer estudios de colisiones de iones pesados, y tenemos evidencia de que en dichas colisiones se forma el plasma de quarks y gluones fuertemente interactuante al cual llamamos QGP, que es un estado temprano de nuestro Universo, después de la Gran Explosión o Big Bang. En colisiones de protones se han observado señales comúnmente atribuidas a la formación del QGP, y en la última década hemos tratado de entender su origen”.

En física de partículas se utiliza el término jet para referirse a chorros de hadrones, provenientes de la fragmentación de un quark o un gluon “rápido”, y es una consecuencia del confinamiento. El doctor Ortiz Velásquez demostró que, en las colisiones de protones de alta multiplicidad, hay una contribución importante de los fragmentos de jets que pueden afectar las mediciones. Sin embargo, se requiere aislar colisiones de protones lo más parecidas a las colisiones de iones pesados, es decir, que resulten de la fragmentación de múltiples quarks y gluones “más lentos”. Por ello impulsó el análisis que también considera la dependencia en la dureza de la colisión, desde finales de 2012, e introdujo el estudio de la variable Spherocity usando partículas de baja energía.

Antonio Ortiz coordina uno de los grupos de trabajo para planear la actualización del experimento ALICE.

“Spherocity ha arrojado resultados muy positivos. La propuse por primera vez en un simposio a finales de 2012, en Puebla. A partir de entonces, muchos grupos la explotaron en ALICE y empezaron a medir otros observables en función de Spherocity; incluso otros experimentos en el LHC retomaron la idea en colisiones de protones. Es muy satisfactorio ver tesis doctorales en Europa y Asia que reportan mediciones usando Spherocity. Me convertí en un experto para clasificar las colisiones de protones, para aislar los posibles efectos del QGP; y noté que todavía había ciertos sesgos de selección”, compartió el doctor Antonio Ortiz, quien en 2018 se hizo acreedor al reconocimiento de la UNAM Distinción Universidad Nacional para Jóvenes Académicos, en el área de investigación en ciencias exactas.

Flattenicity, poderosa herramienta

“Para estudiar el QGP en colisiones de protones debemos aislar colisiones que sean lo más parecidas a las de iones pesados. Propuse entonces, junto con estudiantes y colegas, que la forma del evento no solamente se midiera en el plano transversal, sino que también se considerara la información longitudinal; esto fue en el 2022 y lo nombré Flattenicity. Ahora iremos más allá al aislar colisiones frontales de protones.

“Los primeros resultados indican que Flattenicity luce como una herramienta muy poderosa para dar la palabra final en cuanto a observaciones de colisiones de protones. Ya hemos visto incremento de extrañeza y señales de flujo, pero no se ha observado jet quenching. Este fenómeno se debe a la interacción de un quark (o gluón) rápido con el QGP, originando efectos medibles en los jets. Espero que Flattenicity ayude a mejorar nuestra búsqueda de jet quenching en colisiones de protones”, puntualizó.

En física de alta energía, el enfriamiento de chorros o jet quenching es un fenómeno que puede ocurrir en la colisión de iones pesados de energía ultra alta. Las colisiones de haces de iones pesados ultrarelativistas crean un medio caliente y denso, comparable a las condiciones del Universo primitivo, y luego los quarks o gluones rápidos interactúan fuertemente con el medio, lo que lleva a una marcada reducción de su energía que se denomina “enfriamiento de chorro”.

Hace falta inversión en educación básica para motivar a las nuevas generaciones a seguir una carrera científica.

“Nosotros creamos un sistema en el cual la materia no se comporta como la conocemos: agarramos “montones” de protones y neutrones y los hacemos colisionar a velocidades ultrarelativistas; en el estado final tenemos quarks y gluones cuasi libres, estado que se asemeja mucho a nuestro Universo temprano, después del Big Bang, donde solo había quarks y gluones. La temperatura del Universo temprano era muy alta, el Universo se expandió, se enfrió, comenzaron a formarse los primeros hadrones, protones y neutrones, y justamente eso es lo que tratamos de reproducir en el laboratorio: gotas del Universo primitivo”, expuso el doctor Ortiz.

Futuro de ALICE

Antonio Ortiz coordina uno de los grupos de trabajo encargados de la actualización del experimento ALICE para los periodos de toma de datos programados en los años 2035 (corrida 5 del LHC) y 2040 (corrida 6 del LHC). Se ha empezado a diseñar los detectores que operarán para responder a las preguntas que aún se mantienen abiertas.

“Para la corrida 5 del LHC se contará con un ALICE completamente nuevo, tendrá una cobertura cinco veces más grande que la actual. Me dieron la responsabilidad de coordinar el diseño del detector de muones y hacer las pruebas de prototipos iniciales; ese detector servirá para estudiar los candidatos a hadrones exóticos (con más de tres quarks constituyentes) en un ambiente único caracterizado por el desconfinamiento. Este esfuerzo involucra a varias instituciones mexicanas”, expresó el doctor, e hizo un llamado a la juventud para que se integre a proyectos de gran envergadura para el país.

“Considero que hace falta una gran inversión en educación básica; hay escuelas que no tienen las condiciones mínimas de operación, y eso difícilmente va a motivar a las nuevas generaciones a seguir una carrera científica. Debemos generar una estrategia nacional que permita identificar y acompañar a niñas y niños talentosos.

“En relación con la inversión en ciencia y tecnología, espero que en algún momento sea un tema prioritario de la agenda nacional; solo así podremos lograr nuestra independencia tecnológica”, concluyó.

Imágenes: cortesía de Antonio Ortiz Velásquez

Glosario 

Extrañeza: propiedad de las partículas relacionada con el número de quarks tipo s (o s) que tienen. Por ejemplo, la extrañeza del kaón positivo es 1; la del protón, 0.

Confinamiento: fenómeno que consiste en que los quarks y los gluones no pueden ser extraídos individualmente, de manera que siempre se encuentran formando partículas compuestas.