FÍSICA CUÁNTICA. Koza trabaja junto al doctor Agustín Aucar del IMIT (UNNE-CONICET), un referente en el estudio teórico de propiedades moleculares mediante la aplicación de la mecánica cuántica relativista
Adam Koza, doctorando en la Universidad de Varsovia, realiza una estadía en el IMIT (UNNE-CONICET), donde trabaja junto al Dr. Ignacio Agustín Aucar para avanzar en el estudio de física fundamental en moléculas ultrafrías. En el marco de su visita, ofreció una ponencia sobre el valor de estos sistemas para la búsqueda de física más allá del Modelo Estándar.
Adam Koza está en Corrientes para realizar una estadía de investigación de dos meses en el Instituto de Modelado e Innovación Tecnológica (IMIT, de doble dependencia UNNE-CONICET), donde trabaja junto al Dr. Ignacio Agustín Aucar, investigador adjunto del CONICET y profesor del Departamento de Física de la UNNE. Es Doctorando de la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia (Polonia), integra el grupo Quantum Molecular Systems, dirigido por el Dr. Michał Tomza, dedicado a investigar fenómenos en la intersección de la física de partículas, la física atómica y molecular, la óptica y la química cuántica.
Antes de esta estadía, Koza presentó los resultados de sus trabajos en prestigiosas instituciones científicas de países como Alemania, Austria, Estados Unidos, Francia, Japón, Reino Unido y República Checa, y realizó estadías de investigación en la Universidad de British Columbia (Canadá), y en la Universidad de Groningen (Países Bajos), donde se vinculó por primera vez con el Dr. Aucar.
En el IMIT, Koza y Aucar desarrollan complejos modelos físico-matemáticos para el estudio de procesos moleculares. La línea de investigación que Koza desarrolla en su grupo de Varsovia se centra en el enfriamiento de moléculas a temperaturas ultrafrías, del orden de millonésimas o milmillonésimas de grado por encima del cero absoluto.
Hace pocos días, Koza brindó una ponencia en las instalaciones del Instituto IMIT y la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura (FaCENA) titulada “Moléculas Ultrafrías: Un Entorno de Prueba para la Búsqueda de Física más allá del Modelo Estándar”.
En una entrevista con UNNE Medios, el visitante polaco explicó los alcances de la teoría de moléculas ultrafrías y las ventajas de llevar esos sistemas a temperaturas tan extremas. Para ilustrarlo, recurrió a una comparación: un niño que corre de un lado a otro en una sala resulta difícil de observar, mientras que un niño quieto o dormido puede ser observado con mayor atención. Con las moléculas ocurre algo semejante, según Koza: la temperatura está relacionada con la energía asociada al movimiento, de modo que, cuanto menor es la temperatura, menor es también el movimiento de las partículas que componen un sistema físico. Las moléculas ultrafrías, casi inmóviles, permiten realizar mediciones de alta precisión y estudiar así fenómenos de la física fundamental.
El problema que el Modelo Estándar no resuelve. Koza ubicó su investigación en relación con el Modelo Estándar, la teoría más completa con la que cuenta actualmente la física para describir la materia, la radiación y las interacciones entre ambas. Según explicó, esta teoría no logra dar cuenta de un fenómeno ocurrido en el origen del universo: en el Big Bang se habría generado una cantidad equivalente de materia y antimateria, partículas que se aniquilan al encontrarse. Si esa simetría se hubiera mantenido, toda la materia se habría destruido. Sin embargo, el universo actual está compuesto casi exclusivamente por materia, con una proporción mínima de antimateria, lo que indica un desbalance que el Modelo Estándar no logra explicar.
Uno de los caminos para investigar ese desbalance es el que se sigue en el CERN, en la frontera entre Suiza y Francia, donde funciona el Gran Colisionador de Hadrones (LHC). El otro, señaló Koza, consiste en estudiar moléculas que, gracias a la interacción de sus electrones con los intensos campos electromagnéticos internos a los que se ven expuestos, funcionan como laboratorios de alta precisión para observar interacciones fundamentales. Comprender lo que ocurre a esa escala requiere, según explicó, un conocimiento profundo de la mecánica cuántica relativista.
¿Por qué YbCr y por qué RaCr? En su presentación, Koza habló de dos moléculas que utiliza en sus investigaciones: el YbCr y el RaCr. Ninguna de estas moléculas existe en la naturaleza y constituyen el objeto de estudios teóricos que buscan sentar las bases para futuros trabajos experimentales. El iterbio y el radio, explicó, son algunos de los elementos más pesados de la tabla periódica. Su combinación con átomos de cromo da lugar a moléculas “exóticas” desde el punto de vista de la química, pero con propiedades que las vuelven especialmente sensibles a determinado tipo de fenómenos predichos por la física de partículas.
El visitante polaco explicó por qué no se eligió, por ejemplo, la molécula de agua: enfriarla hasta temperaturas ultrafrías resulta prácticamente imposible. Solo un número limitado de moléculas reúne las condiciones necesarias para ello y, a diferencia del enfriamiento de átomos, el de moléculas es un campo relativamente reciente en la física. El proceso, detalló, comienza con el enfriamiento por separado de un átomo de iterbio (o de radio) y otro de cromo que luego, mediante campos magnéticos y otros procedimientos, se aproximan hasta formar una única molécula, estable únicamente bajo condiciones controladas.
Sobre la elección del iterbio, señaló que se trata de un elemento con una gran cantidad de protones y neutrones en el núcleo y con electrones que, al encontrarse cerca de ese núcleo, se desplazan a velocidades cercanas a la de la luz, intensificando los efectos relativistas. Esa característica resulta relevante para estudiar la violación de la simetría de carga y paridad (CP), un fenómeno que las teorías vinculan al desbalance entre materia y antimateria. Para ello se requiere una molécula que combine un átomo pesado, como el iterbio, con uno liviano, como el cromo.
Es en este punto donde la visita al Dr. Aucar adquiere relevancia para la investigación que Koza desarrolla. El investigador del IMIT es un referente en el estudio teórico de propiedades moleculares mediante la aplicación de la mecánica cuántica relativista y, más generalmente, de la electrodinámica cuántica. Ese conocimiento resulta clave para las investigaciones que se llevan adelante en la Universidad de Varsovia, ya que el estudio de fenómenos de física de partículas en sistemas que contienen elementos pesados requiere un sólido andamiaje teórico.
Aucar mantiene desde hace varios años una colaboración con el grupo del Dr. Tomza, que incluyó visitas recíprocas a los Países Bajos y Polonia durante 2024 y 2025. En ese marco, Koza eligió (entre diversas instituciones científicas de prestigio global) realizar su estadía de investigación en Corrientes para profundizar su formación en esta área.
Junto al grupo de investigación que integra en Varsovia, Koza publicó recientemente parte de sus resultados en una revista científica de gran prestigio en física, en colaboración con un equipo experimental de Florencia (Italia), que ya trabaja en el desarrollo de un dispositivo capaz de producir estos sistemas ultrafríos en laboratorio, apoyado en las simulaciones teóricas que se realizaron en el grupo de la universidad e Varsovia. El proyecto recibió financiamiento de la Unión Europea tras un proceso de evaluación altamente competitivo. Koza estimó que serán necesarios alrededor de diez años para contar con las moléculas sintetizadas en laboratorio y en condiciones de trabajo.
Finalmente, remarcó la función crítica que desempeñan los estudios teóricos en la interpretación de los resultados. Cuando un experimento produce una señal, ese registro puede corresponder a distintos fenómenos y determinar cuál de ellos lo origina requiere un muy estricto modelado teórico. Ese intercambio entre físicos teóricos y experimentales, explicó, se da de manera continua: la teoría orienta el diseño del experimento, el experimento aporta datos y la teoría vuelve a intervenir en su interpretación. La detección de una señal de violación de simetría CP —que hasta el momento no ha sido observada— equivaldría, según Koza, a un premio Nobel, aunque interpretar esa señal exigiría una nueva y desafiante etapa de investigación teórica.
LA SIMETRÍA, EL ADN Y EL ORIGEN DE LA VIDA
Consultado sobre qué ley de la naturaleza podría estar más estrechamente vinculada a la línea de investigación que desarrolla, Koza orientó su respuesta a un plano más general: el objetivo de la física, dijo, es comprender por qué ocurren los fenómenos naturales, un propósito al que la humanidad se ha ido aproximando a lo largo de los siglos sin agotarlo.
El Modelo Estándar explica tres de las cuatro interacciones fundamentales —electromagnética, débil y fuerte— y sus predicciones han sido confirmadas en la mayoría de los experimentos. Sin embargo, no logra explicar el desbalance entre partículas y antipartículas, entre otros fenómenos. Koza mencionó al físico soviético Andréi Sakharov, quien planteó que ese desbalance requiere fenómenos que rompan dos simetrías de la naturaleza: la simetría de conjugación de carga (C) y la simetría de paridad (P). Explicó que las tres simetrías discretas fundamentales de la naturaleza son la C, por la cual una partícula puede transformarse en su antipartícula; la P, que convierte un sistema en su imagen especular; y la T, de reversión temporal. El Modelo Estándar contiene mecanismos de violación de la simetría CP, pero en una magnitud insuficiente para explicar el predominio de la materia sobre la antimateria, lo que lleva a buscar teorías que vayan más allá de ese modelo.
Koza señaló que explorar estos fenómenos de manera directa en el ámbito de la física de altas energías, mediante instalaciones como el CERN, implica costos muy elevados y grandes desafíos tecnológicos. En este contexto, las moléculas ultrafrías se presentan como una herramienta complementaria de gran interés para estudiar posibles señales de nueva física mediante experimentos de alta precisión. Sin embargo, aclaró que ambos enfoques no compiten, sino que se refuerzan mutuamente. Incluso si una señal de nueva física fuera detectada a través de experimentos de alta precisión —por ejemplo, mediante la búsqueda de un posible momento dipolar eléctrico del electrón en moléculas—, identificar la partícula o mecanismo responsable requeriría nuevas evidencias. En algunos casos, estas podrían provenir de los grandes aceleradores de partículas; en otros, la confirmación podría surgir de la combinación de múltiples observaciones indirectas y experimentos de precisión.
El doctorando vinculó también la violación de la simetría de paridad con un debate actual sobre el origen de la vida. Se refirió a los aminoácidos y a otras moléculas quirales de interés biológico, que al reflejarse producen estructuras —los enantiómeros— que no pueden superponerse entre sí, aunque poseen la misma composición química.
En el cuerpo humano, señaló, existen numerosos ejemplos de moléculas quirales —como los aminoácidos— que se presentan exclusivamente en una de sus representaciones enantioméricas, y no se conoce con certeza por qué la naturaleza favoreció una sobre la otra. Según Koza, algunas propuestas teóricas relacionan ese predominio con fenómenos de violación de paridad. La existencia de un único tipo de moléculas quirales constituye, una condición indispensable para la vida. Como ejemplo, también mencionó que algunos medicamentos producen efectos muy diferentes según cuál de sus dos formas enantioméricas se utilice.
COLABORACIÓN INTERNACIONAL
Consultado sobre la colaboración internacional en la investigación científica, Koza la definió como un elemento central para su progreso. Sin ella, afirmó, no sería posible ver el actual grado de avance en la ciencia. Recordó que, cuando comenzó a trabajar en este campo, no imaginaba dedicarse a la física cuántica relativista, un área en la que nadie más investiga dentro de su grupo de pertenencia en la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia, orientado al estudio de moléculas ultrafrías.
El vínculo con el Dr. Agustín Aucar comenzó hace unos tres años, durante una estadía de Koza en la Universidad de Groningen, donde el investigador argentino realizaba una estancia de investigación. Allí iniciaron una colaboración centrada en problemas específicos de física teórica y, posteriormente, en el modelado computacional de fenómenos fundamentales en moléculas que el grupo de Varsovia buscaba describir con un mayor grado de precisión teórica.
Esos desafíos pudieron ser resueltos gracias a la intervención del investigador argentino, quien aplicó sus conocimientos para resolver cuestiones que hasta entonces eran nuevas para él. El doctorando mencionó que, al regresar a Polonia, esa interacción lo motivó a definir junto con su director de tesis la apertura de una nueva línea de investigación en la Universidad de Varsovia. Según explicó, ese proceso implicó no solo aprender teorías y métodos ya desarrollados por la comunidad científica, sino también comprender en profundidad los fenómenos más fundamentales de este campo para avanzar más allá de lo conocido.
Koza destacó el conocimiento que el Dr. Aucar posee en estos temas de vanguardia y señaló que es el único investigador radicado en una institución científica de Latinoamérica dedicado a este tipo de desarrollos teóricos. Agregó que, a nivel mundial, son muy pocos los físicos en condiciones de trabajar en esta área, pese a la existencia de numerosos grupos experimentales de gran prestigio en instituciones científicas de los países más desarrollados.
Esta particularidad dio lugar a una anécdota que, según Koza, demuestra que la ciencia de frontera también puede desarrollarse fuera de los centros de investigación más conocidos y prestigiosos del mundo.
Al llegar a Buenos Aires con la visa correspondiente a su estadía de investigación, personal de migraciones le preguntó si era la primera vez que visitaba Latinoamérica. Cuando respondió afirmativamente y explicó que viajaba a Corrientes para realizar investigaciones en física de partículas orientadas a la búsqueda de nueva física más allá del Modelo Estándar, recordó que la reacción del agente fue de sorpresa. Para él, en cambio, Corrientes era precisamente el destino esperado, ya que allí trabaja uno de los grupos con mayor reconocimiento internacional en el área en la que buscaba formarse.
A partir de esa experiencia, expresó su deseo de que quienes le hicieron esa pregunta supieran que en Corrientes se desarrolla investigación en la frontera del conocimiento y que, entre distintas alternativas disponibles en instituciones de primer nivel internacional, eligió ese destino para su formación. Agregó que considera estar adquiriendo conocimientos más sólidos que durante cualquiera de sus estadías anteriores en el exterior.
Por último, señaló que, si bien las colaboraciones con el Dr. Aucar pueden mantenerse mediante plataformas de comunicación en línea, como han hecho durante meses, nada reemplaza el intercambio presencial, la posibilidad de compartir un pizarrón y formular preguntas de frontera sin la mediación de una pantalla. Aucar coincidió con esa valoración y atribuyó los avances alcanzados durante la estadía de Koza al compromiso y al nivel de formación del equipo con el que trabaja en el IMIT.
