Cuando, en febrero de 1928, Paul Dirac publicó su ecuación de ondas relativista para describir el comportamiento del electrón, abrió, sin advertirlo, un nuevo campo de la física… y un nuevo universo de ciencia ficción en la mente de un estudiante de química de la Universidad de Columbia.

La ecuación de Dirac no fue la primera de este tipo. Oskar Klein y Walter Gordon ya habían planteado una similar para partículas de spin 0 ―o campos escalares en el contexto de la teoría cuántica de campos―, pero no servía para partículas de spin 1/2 como el electrón. Esa fue la aportación de Dirac. Sin embargo, ambas ecuaciones adolecían de un problema que era difícil ignorar. Al igual que el tiempo, estas interpretaciones relativistas de la ecuación de Schrödinger implicaban que la energía también era relativa, y eso hacía que admitieran soluciones que con niveles de energía negativos para las partículas algo que, desde un punto de vista intuitivo, no tenía pies ni cabeza.

Dirac trató de darle sentido a aquellos valores de la energía que aparecían en su ecuación en 1930, planteando que tal vez el vacío no estaba tan vacío, sino que consistía en un mar infinito poblado de esos electrones con energía negativa. En ocasiones, uno de esos electrones pasaba a tener energía positiva, convirtiéndose, en este caso, en un electrón «normal», y dejando en aquel mar un hueco que se podía interpretar como una partícula de carga opuesta. La única partícula con carga opuesta al electrón que se conocía en aquel momento era el protón ―pese a la gran diferencia de masa entre ambos―, así que Dirac planteó que debía de existir algún tipo de correspondencia entre el hueco que dejaba un electrón de energía negativa y un protón. Lo que no pudo explicar es cómo podrían producirse las transiciones de unas partículas a otras sin violar ningún principio de conservación. Tenía la respuesta delante de sus narices, pero en aquel momento era demasiado exótica para tenerla en consideración.

Tras leer el artículo en Dirac, Robert Oppenheimer entró en escena. Si alguna cualidad tenía Oppie, como solía llamarlo su círculo más cercano, era la capacidad de detectar, dentro de una teoría, dónde se encontraba la puerta que había que abrir para dar el siguiente paso. Si no alcanzó más logros dentro del mundo de la física, es porque ese siguiente paso rara vez lo daba él, dejaba que lo hicieran otros. En el mes de marzo de aquel mismo año, en una carta al editor de Physical Rewiev, Oppenheimer descartaba matemáticamente la posibilidad de que los huecos que quedaban en el mar de Dirac cuando un electrón pasaba a tener energía positiva fueran protones: fueran la partícula que fueran, debía de ser una con la misma masa del electrón. Hermann Weyl y Wolfang Pauli eran de la misma opinión.

Paul Dirac empezó a plantearse entonces que el surtido de partículas fundamentales tal vez fuera mucho más variado que las dos que se conocían en aquel momento: el electrón y el protón ―el neutrón no lo descubriría James Chadwick hasta febrero de 1932.

Un agujero, si existiera, sería un nuevo tipo de partícula, desconocida para la física experimental, que tendría la misma masa y carga opuesta a la de un electrón. A esta partícula podemos llamarla antielectrón. No deberíamos esperar encontrar ninguno de ellos en la naturaleza debido a su rápida tasa de recombinación con los electrones, pero si pudieran producirse experimentalmente en alto vacío serían lo bastante estables y susceptibles de observación.

La sorpresa llegó algunos meses después del descubrimiento del neutrón, en septiembre, cuando Carl David Anderson, estudiando los rayos cósmicos en el CalTech bajo la supervisión de Robert Millikan, observó una peculiaridad en la trayectoria de cierto tipo de partículas que atravesaban la cámara de niebla que utilizaba para detectarlas: era igual que la de los electrones, pero giraba en sentido contrario, lo que quería decir que tenía la misma masa, pero carga opuesta. Pese a que publicó sus resultados en una breve nota en la revista Science, el mundo no se hizo eco del descubrimiento hasta febrero del año siguiente, cuando el físico Patrick Blackett mostró, en una reunión de la Royal Society, las primeras fotografías del descubrimiento ―otorgándole todo el crédito a Anderson―. «The positive electron» se publicó en Physical Review en el mes de marzo y la única teoría que explicaba aquellas observaciones era la del antielectrón de Dirac.

Al año siguiente, en 1934, los positrones empezaron a estar por todas partes, a detectarse en numerosos laboratorios a lo largo y ancho del mundo, y, lo que era más incontestable: a crearlos en el laboratorio.

Aquello sucedió por la misma época en la que un adolescente de Brooklyn, amante de la ciencia y de las historias de ciencia ficción que leía en las revistas del quiosco de su padre empezaba a pensar en su futuro. El nombre de aquel adolescente era Isaac Asimov.

Aunque Asimov empezó a escribir sus primeras historias en 1931, con once años, no imaginó el primer robot positrónico hasta 1939, el mismo año en que se graduó en química, y la elección de ese nombre, como se puede imaginar, aunque no fue todo lo científico que podría haber sido, tampoco fue casual:

Desde que comencé a escribir mis historias de robots en 1939, no mencioné nada sobre informática en relación a ellas. La computadora electrónica no se había inventado y yo no lo preví. Sin embargo, sí preví que el cerebro tenía que ser electrónico de algún modo. No obstante, lo «electrónico» no parecía lo suficientemente futurista. El positrón ―una partícula subatómica exactamente igual que el electrón pero con carga eléctrica opuesta― se había descubierto solo cuatro años antes de que escribiera mi primera historia sobre robots. Sonaba muy a ciencia ficción, así que les di a esos robots «cerebros positrónicos» e imaginé que que sus pensamientos consistían en corrientes intermitentes de positrones que aparecían y desaparecían casi de inmediato.

Unas veces el sentido de la maravilla de la ciencia ficción inspira a la ciencia; otras, es el sentido de la maravilla de la ciencia el que inspira a la ciencia ficción.

Bibliografía

Anderson, C. D. (1932). The apparent existence of easily deflectable positives. Science, 76(1957), 238-239. https://doi.org/10.1126/science.76.1967.238

Anderson C. D. (1933). The positive electron. Physical Review, 43(6), 491-494. https://doi.org/10.1103/PhysRev.43.491

Asimov, I. (1987). My robots. En Michael P. Kube-McDowell, Isaac Asimov’s Robot City: Odyssey. Ace books.

Bird, K. Y Sherwin, M. J. (2005). American Prometeus. The triumph and tragedy of J. Robert Oppenheimer. Atlantic Books.

Chadwick, J. (1932). Possible existence of a neutron. Nature, 129(3252), 312-312. https://doi.org/10.1038/129312a0

Dirac, P. A. M. (1928). The quantum theory of the electron. Proceedings of the Royal Society of London, 117(778), 610-624. https://www.jstor.org/stable/94981

Dirac, P. A. M. (1930). A theory of electrons and protons. Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 126(801), 360-365. https://doi.org/10.1098/rspa.1930.0013

Farmelo, G. (2009). The strangest man. The hidden life of Paul Dirac, quantum genius. Faber and faber.

Oppenheimer, J. R. (1930). On the theory of electrons and protons. Physical Review, 35(5), 562-563. https://doi.org/10.1103/PhysRev.35.562

Sobre la autora: Gisela Baños es divulgadora de ciencia, tecnología y ciencia ficción.