Premios Nobel

Recordemos brevemente que el bosón de Higgs es la pieza que le faltaba al modelo estándar para explicar algo tan básico como la masa de las partículas elementales y las enormes diferencias de unas respecto a las otras. Según la teoría, todo el Universo estaría impregnado de un misterioso campo que no podemos ver y que hoy conocemos como campo de Higgs. Este campo tendría asociado una partícula, el famoso bosón de Higgs, que interaccionaría con las partículas elementales, dándoles su masa. Algunas interaccionarían poco con el campo de Higgs y lo atravesarían sin dificultad; estas partículas tendrían poca masa, como el electrón. Otras, en cambio, les costaría mucho más moverse en el campo de Higgs; eso es lo que le ocurriría, por ejemplo, al quark cima, la partícula elemental más pesada. Las partículas sin masa, como el fotón, no sentirían absolutamente nada. En definitiva, la masa de una partícula elemental dependería de su mucha o poca resistencia a moverse en el campo de Higgs.

Resumen de las interacciones entre las partículas del modelo estándar.

Sin duda, los científicos galardonados le deben buena parte de este reconocimiento al CERN y sus experimentos ATLAS y CMS del Gran Colisionador de Hadrones (LHC). Después de décadas de incansable búsqueda, en la que han intervenido miles de investigadores de multitud de países, este esfuerzo colectivo único culminó el pasado 4 de julio de 2012. Fue entonces cuando los portavoces de ambos experimentos, Fabiola Gianotti y Joe Incandela, anunciaron el descubrimiento de una nueva partícula con una masa de entre 125 y 126 GeV, compatible con el ansiado bosón de Higgs. Un día inolvidable que ha pasado ya a la historia de la ciencia.

Desde entonces, todos los datos publicados por el CERN apuntan a que dicha nueva partícula se comporta tal como y predice el modelo estándar, la teoría que describe el comportamiento de las partículas elementales –los componentes más pequeños y fundamentales del Universo- y sus interacciones. Hoy podemos asegurar, casi con total seguridad, de que se trata del bosón de Higgs.

Si bien el nombre de Peter Higgs aparecía en todas las quinielas, no estaba tan claro el de su acompañante o acompañantes, en caso de que hubiese alguno. El caso es que, en 1964, al mismo tiempo que Higgs predecía la existencia del bosón que lleva su nombre, dos físicos belgas llegaban a la misma conclusión que el escocés de forma independiente. Eran François Englert y Robert Brout. Así que el bosón de Higgs, en realidad debería llamarse el bosón de Brout-Englert-Higgs. Por eso la Academia Sueca se ha acordado finalmente de Englert (por desgracia, Brout falleció en el año 2011 y el Premio Nobel no se otorga a título póstumo). Aunque si de verdad queremos hilar muy fino, el auténtico nombre también podría ser el bosón de Brout-Englert-Higgs-Hagen-Guralnik-Kibble…¿Te imaginas?

Desde Hablando de Ciencia queremos felicitar a los galardonados por un premio más que merecido.

El pasado miércoles 9 de octubre pudimos conocer a los galardonados con el premio Nobel de Química 2013. Los investigadores Martin Karplus (Université de Strasbourg, Harvard University), Michael Levitt (Stanford University School of Medicine) y Arieh Warshel (University of Southerm California) han escrito sus nombres en la historia de la Química de acuerdo con la Academia Sueca, por sus investigaciones en el desarrollo de modelos multiescala para el estudio de sistemas químicos complejos, en especial, sistemas químicos biológicos como las proteínas (biomoléculas esenciales en el organismo con una estructura sofisticada o específica de la cual se derivan sus propiedades y su función en el organismo).

Los ganadores del Premio Nobel de Química 2013. Fuente: NobelPrize.org

Sin duda, este premio Nobel es todo un reconocimiento a un campo de la Química en muchos casos olvidado pero sin el cual no podría entenderse la Química moderna. Estamos hablando de la Química teórica y computacional. Como hemos podido leer estas semanas en los medios de comunicación, los químicos han dejado de usar bolas y varillas para representar las moléculas, sustituyéndolo por la realmente increíble modelización molecular. El premio Nobel de Química 2013 refleja que la Química es una ciencia sólida, con principios definidos y características propias, en la que aún queda mucho por hacer y que se enriquece y construye a partir de lo experimental, lo teórico y lo computacional. ¡Sí! ¡La Química teórica existe! Aunque a diferencia de la Física (donde sí es más popular distinguir entre “el teórico” y “el experimental”), en la Química siempre se piensa en el Químico con su bata y sus matraces de disoluciones… Este galardón ha servido para poner de manifiesto el papel trascendental que lo teórico y lo computacional tienen en la Química actual.

Los átomos que forman la materia se unen entre sí mediante distintos tipos de interacciones (cabe destacar los enlaces químicos, aunque existen otro tipo de interacciones de no enlace) para formar moléculas y otras agrupaciones atómicas, aunque a escala biológica, las especies moleculares serán las de mayor interés. La forma en que esos átomos se unen, la naturaleza de sus interacciones y su disposición espacial determinarán las propiedades de las moléculas y su reactividad. En ambas áreas, la estructura (y por tanto, la función) y la dinámica molecular (los procesos químicos interpretados a escala molecular), los métodos computacionales aportan luz para conocerlas con más detalle. Concretamente el método QM/MM (Quantum Mechanics/ Molecular Mechanics) ha sido el que ha valido el premio Nobel a Karplus, Levitt y Warshel. Estos métodos emplean una combinación de métodos clásicos y cuánticos para el estudio de la estructura y la dinámica molecular. En el caso de los sistemas biológicos complejos, como las enzimas, han resultado ser de gran utilidad. Aunque una enzima, habitualmente una proteína, son sistemas de miles de átomos, se pueden distinguir dos zonas claramente diferenciadas: el centro activo (donde en muchas ocasiones existe una especie metálica y unos pocos átomas más), de interés para los procesos químicos en el organismo (la catálisis biológica, por ejemplo) y un entorno constituido por el resto de átomos que integran la proteína. Para estudiar el centro activo, los métodos cuánticos son fundamentales, en cambio para el resto del sistema, los métodos clásicos son satisfactorios.

Estructura de una enzima. Los métodos cuánticos nos permiten trabajar en el centro activo mientras que los métodos clásicos son aplicables al resto de la estructura

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