El químico teórico alemán Robert Berger, docente de la Universidad de Marburg-Philipps, desarrolló a lo largo de 15 días en la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura de la UNNE, una actividad académica brindando seminarios y charlas, además de un enriquecedor intercambio con el cuerpo científico del IMIT, encabezado por el doctor Gustavo Aucar.
Con 53 años el doctor Berger, ya cuenta con un importante camino recorrido en la actividad científica. En el año 2012, recibió el Premio al Joven Científico Alemán Destacado, otorgado por el Centro Lise Meitner-Minerva de Química Cuántica Computacional. Fue investigador y miembro del Liebig-Felow, en el Departamento de Química, de la Universidad Técnica de Berlín. También fue miembro del Instituto de Estudios Avanzados de Frankfurt (FIAS) y jefe del grupo de investigación de la Fundación Volkswagen.
Como docente tuvo una experiencia previa en el Instituto Clemens-Schöpf, en la Universidad Técnica de Darmstadt. Actualmente lidera en la Universidad de Marburg un grupo de Investigación que lleva su nombre. Su área de investigación está enfocada en el estudio de las propiedades de la materia, y efectos que se ven a nivel atómico relacionados con la quiralidad molecular; la fuerza nuclear débil y simetrías llamadas de violación de paridad. Todos estos conceptos, extremadamente técnicos, conforman un espacio en donde se entremezclan la Física y la Química Cuántica.
En días previos a su participación como uno de los conferencistas Plenarios de la Reunión Anual de la Asociación Física Argentina (RAFA 2023) que se desarrollará en la ciudad de Bahía Blanca; el doctor Berger brindó una entrevista exclusiva a UNNE Medios, en la que desarrolló algunos temas que lleva adelante junto a su grupo de trabajo.
Mundo Microscópico
Los “habitantes” del mundo microscópico- que se describen mediante la Física y la Química Cuántica- como los electrones, protones, átomos y moléculas, no son percibidos a simple vista por el ser humano ni tampoco de manera cotidiana. Usted que convive casi a diario con ellos, podría comentarnos, utilizando las herramientas que quiera, ¿cómo es ese mundo imperceptible?.
Sabemos a partir de estudios con modelos matemáticos que existen determinadas partículas a las que medimos en dos momentos, antes y después de que suceda un cambio. Suponemos en base a comportamientos predichos por esos modelos, que la conducta de una partícula debe ser una, pero experimentalmente puede suceder que sea otra. Eso nos lleva a deducir que esa nueva expresión es debida a la existencia de una tercera partícula, que no la percibimos visualmente sino que suponemos su existencia. Pero a esa suposición le conferimos un nombre, por ejemplo “neutrino”. Lo que viene, es un proceso natural y obligatorio del método científico que es reiterar experimentos que confirmen finalmente, la existencia de esa partícula que en un principio sólo era una suposición.
Moléculas a la Carta
Una de las líneas de investigación que realiza el Grupo del doctor Berger consiste en utilizar “moléculas hechas a medida” que generen campos internos de vital importancia para el estudio de las propiedades de la materia.
Para comprender estos estudios hay que situarse siempre en un mundo microscópico. El doctor Berger y su grupo intentan comprender las interacciones de los componentes elementales de nuestro mundo. ¿Cómo? Con modelos matemáticos computacionales que aportan información para la comprobación de determinadas hipótesis en laboratorios de alta precisión, pero al mismo tiempo mucho más económicos que utilizando un acelerador de partículas, como el que descubrió el Bosón de Higgs.
El equipo de investigadores formula teorías para predecir las propiedades de los sistemas investigados y compararlos mediante experimentos con otros modelos de estructura de la materia.
Otro concepto que es preciso saber antes de las respuestas del doctor Berger, es que en Física Atómica la idea de crear campos especiales a escala atómica, es eligiendo los átomos adecuados que forman una molécula. Esas “moléculas a medida” crean campos internos sumamente importantes para el estudio de la materia.
-¿Cómo se crea una molécula a medida?
Trabajamos básicamente con modelos matemáticos, que proponen un tipo de molécula que además tendrá un determinado comportamiento. Paralelamente y de manera asociada contamos con laboratorios que utilizan herramientas de la química tradicional donde pueden ser comprobadas muchas hipótesis. También muchas teorías han sido comprobadas utilizando aceleradores de partículas, porque hay que tener en cuenta que muchos de estos elementos tienen una vida efímera.
– Esos campos internos que se generan, serán distintos como moléculas puedan hacerse. ¿cuántos de esos campos se han podido estudiar?; ¿qué tipo de fuerzas prevalecen en esos campos?
-De estos estudios a nivel atómico/molecular, surgen teorías para predecir propiedades en distintos modelos de estructura de la materia. ¿Cuál es última teoría formulada por usted y su equipo al respecto?.
El grupo básicamente no formula teorías, verificamos algunas hipótesis que se magnifican en un compuesto. Como teóricos indicamos aquellos compuestos en los que hay mayores probabilidades de que se comprueben algunas teorías, en función a nuestros cálculos. No hacemos nuevas teorías, sino que decimos cuales son los “ingredientes” que deben tener los compuestos para verificar las teorías.
Utilizamos una técnica computacional que denominamos de “dos componentes” que permite tener resultados de manera mucho más rápida respecto de otra más compleja.
Quiralidad Molecular
En química orgánica, por definición una molécula es quiral cuando ella y su imagen en un espejo no son superponibles. Existe una característica, que se conoce como “simetría de paridad espacial”, que se encuentra al estudiar dos de las tres fuerzas fundamentales del Modelo Estándar: en las interacciones electromagnéticas, en las débiles y en las nucleares fuertes. Sin embargo, desde la década de 1950 se sabe que la fuerza fundamental débil rompe esta simetría.
Si se observa una molécula frente a un espejo, las interacciones que existen de un lado del espejo deben ser las mismas que del otro lado, siempre y cuando estas interacciones tengan simetría espacial. Esto no ocurre cuando se consideran las fuerzas fundamentales débiles.
Usted trabaja con el tema de quiralidad molecular, ¿esto se debe a que las fuerzas nucleares débiles son las que dominan el mundo atómico y ellas no presentan quiralidad?. Podría desarrollar esta idea….
Violación de Paridad
Un efecto que predice el modelo estándar de la física, es el de “violación de paridad”. Si bien esta predicción es teórica, no se la ha encontrado experimentalmente. Uno de sus temas de investigación es el de “violación de paridad”…¿qué tan cerca estuvo de comprobarlo experimentalmente?.
El modelo estandar contiene la violación de la simetría CP, pero dicha violación en este modelo es demasiado pequeña para explicar por qué hay más materia que antimateria en la naturaleza.
Con respecto a la comprobación de la violación de paridad, en 1975 se realizó una de las primeras experiencias pero hasta el momento solo se observó en partículas y átomos, pero no en moléculas. Insisto, no experimentamos, solo buscamos predecir colaborando con algunas propuestas de moléculas en dónde puedan observarse el efecto, para lo cual se utiliza espectroscopía. Trabajamos con dos modelos de moléculas para proponerlas como candidatas para observar el efecto: una está conformada por átomos de Fluor y Radio y la otra está en un paper publicado recientemente en donde proponemos moléculas conteniendo átomos de Astato.
Muones
Científicos de Chicago han encontrado evidencia de que algunas partículas subatómicas, conocidas como “muones”, no se comportan como lo predice la teoría actual de la física subatómica. A pesar de ser inestable y de vida efímera, se tejen hipótesis sobre la existencia de una nueva fuerza que actúan sobre estas partículas que revolucionaría el mundo de la física.
¿Cómo interviene este nuevo actor en la escala de los estudios que su grupo realiza?
Hay otro experimento con átomos que pretendió encontrar vestigios de la quinta fuerza. Esos experimentos son difíciles de interpretar.
Cada fuerza de las cuatro fundamentales (Gravedad, Electromagnetismo, Nuclear fuerte y Débil Fundamental) tienen un tipo de comportamiento que está perfectamente descrito. Yo creo que para determinar la existencia de una quinta fuerza uno debería buscar propiedades que se desvían mucho de las que se obtienen con las fuerzas conocidas. En el experimento con átomos, que se publicó hace tres años, se utilizaron iones de iterbio y calcio pero no hubo indicación clara de la existencia de dicha nueva fuerza ya que otros investigadores suponen que los efectos encontrados pueden ser explicados con el modelo estandar vigente.