Takaaki Kajita: «El lenguaje de la ciencia es universal y con un poco de práctica aprendemos todos a hablarlo»

Es imposible no evocar la imagen de un samurái mientras Takaaki Kajita posa para las fotos, impasible como corresponde a un guerrero cuya única katana ha sido una inteligencia aguda, una curiosidad indomable y la tenacidad férrea de un soldado que se juega la vida en cada batalla. Tiene algo de personaje de Akira Kurosawa, noble, cabal y valeroso. Humilde, cálido, lacónico, no dice una palabra de más pero no escatima sonrisas y silencios cargados de significado.

Usted ganó el Premio Nobel en 2015 por el descubrimiento de las oscilaciones de neutrinos. ¿Cómo explicaría a los lectores qué son las oscilaciones de neutrinos?

Vaya, la primera pregunta es quizá la más difícil de contestar. Tengo que pensar cómo explicarlo.

Piensa un rato, gira la cabeza a un lado y a otro, sonríe. Uno de los entrevistadores lo conoce desde hace muchos años y sabe que tras esa sonrisa Takaaki Kajita se esfuerza por encontrar una explicación sencilla y breve. Kajita es una de esas personas donde lo bueno es siempre dos veces breve.

Sabemos que hay tres tipos de neutrinos. Los neutrinos electrónicos aparecen asociados al electrón. Los neutrinos muónicos asociados al muón, que es un electrón pesado y los neutrinos tauónicos asociados al tau que es un electrón todavía más pesado. Hace más de medio siglo que se predijo que si los neutrinos tienen masa, entonces al propagarse puede cambiar de un tipo a otro. Eso quiere decir que es posible preparar un haz de neutrinos que contenga solo neutrinos electrónicos, por ejemplo, y observar que aparecen neutrinos de otras especies a medida que el haz de propaga. Se trata de un fenómeno cuántico que no tiene un análogo clásico. A este fenómeno en el que los neutrinos cambian de naturaleza a medida que se propagan a través de la materia o el vacío le llamamos oscilaciones de neutrinos.

¿Por qué decidió estudiar física?

A lo largo de la carrera asistí a clases muy interesantes en las que nos hablaban de las ideas básicas de la física. Me gustaron mucho y decidí a dedicarme en serio esta profesión.

¿Te interesaba alguna otra cosa aparte de la física antes de empezar la universidad?

Sí, entrar a física no era fácil, así que consideré otras opciones. Por ejemplo, también me interesaban la biología y las ciencias ambientales.

¿Y cómo acabaste trabajando en la física de neutrinos?

Eso fue casi accidental. Tras la universidad me encontré con mi supervisor que me ofreció la posibilidad de trabajar en el detector Kamiokande. Me gustó porque se trataba de un detector muy novedoso y decidí probar suerte.

Tras la parca explicación se esconden algunos detalles que Kajita da por supuestos. Como el hecho de que su supervisor, Masatoshi Koshiba, Premio Nobel de física en 2002, fue el pionero de la física de neutrinos en Japón. Koshiba-san tuvo la visión de construir el gigantesco detector de agua llamado Kamiokande en los años ochenta (esta foto muestra el de Super-Kamiokande, el sucesor del primer detector). Koshiba quería medir de manera independiente el sorprendente resultado de Ray Davis Jr, que encontraba un déficit en el número de neutrinos procedentes del sol. Davis medía ese flujo de neutrinos con técnicas radioquímicas en un experimento que se desarrolló durante varias décadas en la mina de Homestake, en Dakota del Sur. Koshiba construyó un detector completamente diferente, capaz de registrar directamente los neutrinos solares a partir de los diminutos chispazos de luz de Cherenkov que producían en el gigantesco tanque de agua las interacciones de neutrinos, tal como se muestra en esta figura. Kamiokande se instaló en una antigua mina de zinc, llamada Kamioka. Cuando Kajita empezó a trabajar en el proyecto, apenas llevaba unos años en marcha.

Parece que «suerte» es una palabra clave cuando se trata de investigar. A veces hay que estar en el sitio correcto en el momento apropiado. ¿Estás de acuerdo?

Así es. En mi tesis doctoral buscaba las desintegraciones del protón. No encontré ninguna evidencia de ello. Pero a cambio hicimos un descubrimiento que no nos esperábamos.

La sonrisa que casi se asoma a su rostro habría sido traviesa. Pero el Samurái toma control de la situación a tiempo.

En 1986 te doctoras. ¿Qué pasó entonces?

Pedí una beca a la Sociedad Japonesa de Promoción de la Ciencia, y no me seleccionaron.

Lo dice como sorprendiéndose y uno sospecha que lo que le sorprende no es que no le seleccionaran, sino haber llegado tan lejos a pesar de haber arrancado con cierto mal pie, algo no tan habitual en la muy jerárquica sociedad japonesa.

Entonces, Koshiba-san me ofreció un contrato temporal y decidí seguir trabajando en Kamiokande.

¿Qué ocurre entonces?

Empecé a trabajar en el ICRR. Mi proyecto principal era escribir un programa que identificara electrones y muones en el detector Kamiokande. Invertí unos dos años en ello ya que era bastante difícil y no éramos muchos.

La identificación de partículas en Kamiokande y Super-Kamiokande está basada en el hecho de que la señal que dejan los electrones (producidos en el detector por una interacción de neutrinos electrónicos) y los muones (producidos por una interacción de neutrinos muónicos) es diferente, como se puede apreciar en esta figura. El panel de la izquierda muestra la interacción de un muon, que resulta en un anillo de luz Cherenkov mucho mejor definido que el anillo que se muestra en el panel de la derecha, asociado a la interacción de un electrón. Hoy en día, resulta relativamente fácil separar ambas imágenes usando redes neuronales. Kajita y su reducido equipo no disponían de esa tecnología. Sus programas de identificación de partículas, que (con muchas modificaciones) todavía constituyen el núcleo del software de Super-Kamiokande, supusieron un trabajo monumental. Sin embargo, hicieron falta muchos años para que se apreciara lo sofisticado y preciso de estos programas, en parte debido al carácter lacónico y poco dado al autobombo de los científicos japoneses en general y de Kajita en particular.

La famosa identificación de partículas que condujo a la primera pista de la existencia de oscilaciones.

Sí. Escribí la primera versión de los programas bastante rápido, me tomó unos seis meses después de doctorarme. Para asegurarme de que funcionaban bien, empecé a analizar los datos de Kamiokande y en ese momento encontré algo extraño. Esperábamos encontrar dos muones por cada electrón y en lugar de eso encontrábamos que el número de muones y el de electrones era el mismo.

¿Y cómo lo interpretaste?

En esa época (1986) no teníamos ni idea del origen del fenómeno. Lo primero que pensé es que mi programa no funcionaba y dediqué mucho tiempo a tratar de entender dónde me había equivocado. Como no encontraba errores, me dediqué durante meses a comparar las predicciones de mi código con las imágenes que examinaba con mis propios ojos que ya estaban muy bien entrenados porque llevaba muchos años estudiando los anillos de Kamiokande. Pasamos un año entero estudiando cada detalle del programa, comprobando cada línea de código.

¡Un año!

Sí. Pensamos que el error debía de estar en algún lugar de la reducción de datos, así que decidimos escribir una reducción de datos completamente distinta. Pero no encontramos errores. Entonces Kohsiba-san me preguntó si estaba seguro de lo que hacía y yo le dije que sí, que creía que no me había equivocado. «En ese caso, publicamos», decidió Koshiba y así lo hicimos, aunque no entramos demasiado en la interpretación de los datos. Simplemente describíamos el efecto que pasó a llamarse «el puzle de los neutrinos atmosféricos».

La siguiente figura ilustra el puzle. Los rayos cósmicos que se estrellan contra la atmósfera producen cascadas de partículas en cuyas desintegraciones aparecen dos neutrinos de tipo muónico por cada neutrino de tipo electrón. Sin embargo Kajita y su equipo sólo observaban un neutrino muónico por cada neutrino electrón.

El primer artículo se publica en 1988 (1) y se adelanta, con mucha cautela la posibilidad de que el efecto fuera debido a las oscilaciones de neutrinos (2).

Así es. Fuimos prudentes, pero yo personalmente estaba muy excitado con la posibilidad de que hubiéramos descubierto oscilaciones de neutrinos y además estuviéramos midiendo ángulos de mezcla muy grandes, algo que nadie se esperaba por la época. Así que estaba muy motivado para continuar con el estudio.

¿Cómo sigue la historia?

Durante los dos años siguientes no apareció ningún resultado que confirmara el nuestro, pero en 1991 y 1992 el experimento IMB, que también estaba basado en un gran tanque de agua capaz de detectar partículas por efecto Cherenkov, anunció que observaban un déficit de neutrinos muónicos compatible con el nuestro (3). Tras estas publicaciones escribimos un nuevo artículo en el que ya se incluía el análisis de la oscilación. Desgraciadamente, Kamiokande era demasiado pequeño para establecer la existencia de oscilaciones de manera concluyente, así que tuvimos que construir un detector mucho más grande, Superkamiokande.

La sonrisa casi ingenua no parece apercibirse de la monumental hazaña que fue construir Superkamiokande, un detector que alberga cincuenta mil toneladas de agua, leído por miles de sofisticados (y descomunales) fotomultiplicadores.

¿Cuánto tiempo llevó construir Superkamiokande?

Hicimos una gran parte del trabajo en 1995. Empezamos el experimento en abril de 1996.

El detector se construyó en tiempo récord y supuso además un éxito formidable para Japón en el terreno de la colaboración internacional con Estados Unidos como socio minoritario de la empresa. Japón pasó en dos décadas de ser un país irrelevante en física de neutrinos a ser una potencia mundial.

Y dos años después tenías los resultados.

Sí, en 1998 resumimos nuestros datos y anunciamos el descubrimiento.

Uno de los entrevistadores, que por la época trabajaba en otro experimento de oscilaciones de neutrinos en el CERN, recuerda el silencio de la sala al final de la charla en la que Kajita, veinte años más joven, pero igual de sonriente y de modesto, anunciaba de manera concluyente uno de los resultados científicos más importantes y bellos de las últimas décadas.

¿Cómo es la sensación de que se ha descubierto algo importante? ¿Es algo que se va viendo día a día o hay un momento en el que uno se da cuenta?

Al principio solo tratábamos de entender un problema que se resistía. Yo pensaba que entender ese problema era obligación mía y del experimento Kamiokande. Más adelante nos dimos cuenta de que seguramente habíamos descubierto nueva física y en efecto, la sensación es exhilarante.

Durante todo el tiempo (años) en el que el efecto que usted descubrió parecía más un problema que un descubrimiento tuvo el apoyo de sus superiores.

Recibí mucho apoyo del profesor Koshiba y del profesor Totsuka y tuve mucha suerte con eso, porque si no hubieran creído en lo que yo estaba haciendo, habría sido muy complicado seguir.

El descubrimiento de las oscilaciones fue un proceso muy lento que tardó casi treinta años en confirmarse, a diferencia del descubrimiento del bosón de Higgs o las ondas gravitacionales. ¿Crees que ese es el motivo por lo que pasaron dieciséis años hasta que se te concedió el Premio Nobel mientras que en el caso de Higgs y de las ondas gravitacionales fue casi instantáneo?

No lo sé, le estás preguntando a la persona equivocada. [Risas]

¿Qué pasó tras el descubrimiento?

En 1998 todo el mundo daba por sentado que los neutrinos oscilaban, pero no estábamos seguros de algunos detalles. Así que dedicamos los siguientes años hasta 2008 a convencernos de que los neutrinos oscilan como predice la teoría.

¿Y qué pasó en 2008?

Me nombraron director del ICRR. A partir de ese momento tuve que dedicarme más a cuestiones de política científica y menos a dirigir experimentos. Por ejemplo, una de las razones para venir a España en esta ocasión es ir a La Palma, para visitar el experimento CTA, en el que el ICRR está involucrado.

Esto nos lleva a una interesante cuestión. Cuando se nombra como director de una gran institución a un científico de alto nivel se están cancelando, hasta cierto punto, sus capacidades como científico. Por otra parte, hace falta un científico de gran nivel para dirigir una gran institución. ¿Es un compromiso aceptable?

Creo que sí, que es necesario.

Otra vez el samurái que cumple con su deber sin cuestionar órdenes, porque así debe ser.

Y en 2015, de repente, le dan el Premio Nobel. ¿Se lo esperaba?

No. [risas de los entrevistadores. La casi sonrisa en el rostro del samurai no se altera.)

Pero sí sabía que estaba nominado.

Tampoco, las nominaciones son totalmente secretas.

Entonces, si no se lo esperaba, ¿cómo reaccionó a la llamada en que se lo comunicaban? ¿Qué contestó?

Estaba demasiado sorprendido, creo que solo fui capaz de decir «gracias».

Así es Kajita. Los discursos retóricos no son su fuerte, su fuerte es la tranquila certeza del deber cumplido, la absoluta ausencia de arrogancia, la dedicación a su trabajo.

¿Cómo ha cambiado su vida a causa del premio?

No sé cómo será en el resto del mundo, pero en Japón el tratamiento que se te da cambia mucho cuando tienes un Nobel. De repente recibí muchas invitaciones a dar charlas y llamadas de la prensa.

Es decir, que se ha convertido en un personaje público.

Sí.

Quién fue la primera persona a la que llamó tras saber que le concedían en Nobel?

El que fue mi director, el profesor Koshiba.

¿Qué le dijo?

Simplemente le dije que parecía ser que me habían dado el Nobel, y le di las gracias por su ayuda.

¿Y qué le dijo él?

Felicidades. [otra vez los investigadores no pueden contener la risa ante la lacónica respuesta, el samurai ni se inmuta)

¿Se trabaja igual en investigación científica en Japón que en Estados Unidos o Europa?

No podría decirlo, nunca he trabajado fuera de Japón.

Pero sí tendrás a estudiantes extranjeros.

Sí, pero los estudiantes se incorporan a mi grupo inmediatamente después de acabar sus estudios, así que no conocen bien el sistema científico de sus países. De todas maneras he trabajado muchos años con científicos de todo el mundo, en particular de Estados Unidos y Europa,pero también con españoles, como uno de los entrevistadores [Risas] o Luis Labarga, que es un científico muy activo en Super-Kamiokande. Creo que el lenguaje de la ciencia es universal y con un poco de práctica aprendemos todos a hablarlo.

¿Cómo ve la nueva generación de científicos japoneses? ¿Son tan trabajadores como los de la suya?

No veo ninguna diferencia significativa entre nuestra generación y la siguiente.

¿Y en general las jóvenes generaciones japonesas?

Tengo la impresión de que a los jóvenes se le habla demasiado de las aplicaciones de la investigación. Como ya he dicho, en ocasiones doy charlas, y la típica primera pregunta que me hacen los estudiantes de instituto es para qué nos sirven los neutrinos en nuestra vida. Y entonces intento que entiendan la importancia de la ciencia básica.

¿Hay vida más allá de los neutrinos? En mi experiencia con colegas japoneses, hay poco tiempo para dedicarse a lo que no es trabajo, y supongo que en su caso es aún peor. ¿Tiene tiempo para dedicarse a su familia, amigos y aficiones?

Sí, es un problema que tengo. Mi esposa se queja de que no estoy mucho por casa.

¿Ella es científica?

No, no lo es. Vivo cerca de Kamioka, pero mi oficina está cerca de Tokio, así que mi rutina era trabajar de lunes a viernes cerca de Tokio y pasar el fin de semana en casa. Esto lo hemos hecho durante muchos años y ya estábamos bastante acostumbrados. Pero ahora mis sábados y domingos también están bastante ocupados viajando y dando conferencias o en reuniones científicas. Así que disponemos de muy poco tiempo.

¿Qué le interesa aparte de la física?

No me queda demasiado tiempo libre, pero también me preocupan cosas como el cambio climático.

¿Está Japón planeando ganar un tercer Nobel con Hiperkamiomande?

Para eso necesitamos financiación y colaboración internacional. ¡Se trata de un detector muy caro!

¿Cuándo estará listo?

Si empezamos la construcción en 2019 creo que podremos empezar el experimento en 2027.

Japón ha ganado dos Nobel en menos de veinte años gracias a la misma máquina: el detector Superkamiokande ¿Es esta la manera de conseguir premios Nobel, invertir en una gran máquina? Revélenos la fórmula para que podamos ganar un Nobel en España.

No sé cuál es la fórmula, pero la física de neutrinos es extremadamente importante para comprender la física más allá del modelo estándar de física de partículas. De hecho, la extremadamente pequeña masa de los neutrinos parece tener una gran implicación con el propio universo. Con el inicio de todo, el Big Bang, el universo estaba a una temperatura altísima, y de ahí se producen simultáneamente la materia y la antimateria. Eso quiere decir que el número de partículas de materia y de antimateria debería ser el mismo, pero resulta que solo tenemos materia. Así que eso es un gran misterio para nuestra comprensión del universo, y los neutrinos, con su extremadamente reducida masa, podrían decirnos las razones para esta asimetría de la materia presente en el universo. Es un problema muy importante que todavía no está resuelto y para resolverlo necesitamos la nueva generación de detectores que buscan oscilaciones y también detectores que buscan desintegraciones doble beta sin neutrinos, como el experimento NEXT, en España.

La entrevista concluye con un guiño amistoso a uno de los entrevistadores. La generosidad es otro de los rasgos de un buen samurái.

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(1) K. Hirata et al, Phys.Lett.B 205 (1988) 416

(2) «We are unable to explain the data as the result of systematic detector effects or uncertainties in the atmospheric neutrino fluxes. Some as-yet-unaccounted-for physics such as neutrino oscillations might explain the data».

(3) D. Casper et al., PRL 66 (1991) 2561. R. Becker-Szendy, PRD 46 (1992) 3720.