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PRESENTE Y FUTURO DE LA CIENCIA EN MÉXICO Retos y Perspectivas de la Física


José Luis Lucio Martínez Manuel Torres Labansat

Coordinadores

MÉXICO, 2017

Primera edición, 2017

D.R. © 2017, Academia Mexicana de Ciencias, A.C.Los Cipreses S/NPueblo San Andrés TotoltepecCiudad de MéxicoISBN 978-607-8379-30-9

[email protected]

Impreso en MéxicoPrinted in Mexico

Se prohíbe la reproducción total o parcial de esta obra –incluido el diseño ti-pográfico y de portada– sea cual fuere el medio, electrónico o mecánico, sin el consentimiento por escrito de los editores.

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ÍNDICE

PRESENTE Y FUTURO DE LA CIENCIA EN MÉXICOPresentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9

1. IntroducciónJosé Luis Lucio Martínez y Manuel Torres Labansat . . . . . . . . . . . . . . . . .13

2. Las nanociencias en México. Una propuesta para su desarrolloJosé Gerardo Cabañas Moreno y Cecilia Noguez Garrido . . . . . . . . . . . .19

3. Formación de un Centro de Investigación e Innovación en NanocienciasE. Velázquez-Contreras, R.M. Montesinos Cisneros, Roberto Guzmán, A. Posada-Amarillas, M. Pedroza-Montero y M. Barboza-Flores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33

4. Geopolítica e innovación: la nanociencia y la nanotecnología en MéxicoVíctor M. Castaño y David Fajardo Ortíz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47

5. Desarrollo del Centro de Nanociencias y Nanotecnología de la UNAM en EnsenadaSergio Fuentes Moyado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55

6. La mecánica cuántica y la inter-disciplinaJosé Luis Lucio Martínez . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .63

7. Física e información cuánticaRocío Jáuregui y Luis Orozco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .75

8 PRESENTE Y FUTURO DE LA CIENCIA EN MÉXICO. RETOS Y PERSPECTIVAS DE LA FÍSICA

8. Física de partículas y camposHumberto Salazar Ibarguen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .95

9. La participación de México en proyectos internacionales en física de altas energías y en astrofísicaLuis Manuel Villaseñor Cendejas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .103

10. Perspectivas para el desarrollo de un programa en ciencia y tecnología de aceleradores en México con énfasis en fuentes de luzCarlos Hernández García . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .111

11. Algunos aspectos fundamentales del proceso de la ciencia, la físicaOctavio José Obregón Díaz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .131

12. Física teórica y cosmologíaOctavio José Obregón Díaz y Luis Arturo Ureña López . . . . . . . . . . . . . .135

13. Física de sistemas complejos y la importancia de la interdisciplinaLeonardo Dagdug . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .145

14. Una mirada a la investigación futura en física médica en MéxicoMaría Ester Brandan, Miguel Ángel Ávila, Ruben Fossion y Leonardo Zapata Fonseca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .175

15. Ciencia y tecnología de la materia blandaJosé Luis Arauz Lara . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .189

16. Líneas de acción para el futuro de la física en México . . . . . . . . . . . . . .197

17. HACIA DÓNDE VA LA CIENCIA EN MÉXICO Créditos del programa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .213

18. Instituciones de adscripción de los participantes . . . . . . . . . . . . . . . . . .219

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PRESENTE Y FUTURO DE LA CIENCIA EN MÉXICO

PRESENTACIÓN

La presente colección tiene como antecedente un proyecto de pros-pección sobre el estado y las tendencias de la ciencia mexicana, inicia-do en febrero de 2012 por la Academia Mexicana de Ciencias (AMC), el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt), y el Consejo Consultivo de Ciencias de la Presidencia de la República (CCC). Ese esfuerzo tripartita dio lugar a la edición de una colección de libros denominada Hacia dónde va la ciencia en México (HDVCM).

Hasta 2015 se publicaron 18 tomos de esa serie, quedando pen-diente suficiente material como para la publicación de otros títulos. Fue así como la Academia Mexicana de Ciencias, con la aprobación de los autores y el apoyo logístico del CCC, decidió rescatar el proyecto publicando el material pendiente en una segunda colección de libros bajo el título de Presente y futuro de la ciencia en México. Dado que el propósito mismo del proyecto no ha variado, a continuación repro-ducimos un extracto de la presentación de HDVCM.

Con el propósito de analizar el estado de la ciencia mexicana en el mundo, el proyecto consideró pertinente usar la palabra ciencia para describir las actividades de investigación y desarrollo practicadas de manera seria y sistemática en todos los campos del saber.

En el proyecto tripartita (AMC, CCC y Conacyt), se organizó un conjunto de mesas redondas en alrededor de 30 áreas del cono-cimiento, vistas desde tres perspectivas: la académica o disciplinar, la tecnológica o instrumental, y la sectorial o de aplicación. Reconoci-dos especialistas en todas las áreas del conocimiento coordinaron al


menos una mesa redonda sobre un tema específico, en la que partici-paran otros cuatro especialistas con el fin de cubrir de mejor manera cada tema y obtener visiones diferentes. Por cada tema se convocaron al menos dos mesas redondas: una en el área metropolitana del Valle de México y otra fuera de ella. Esto con la finalidad de recabar una visión representativa de todo el país.

La presente obra, es una continuación de la colección HDVCM. Analiza el estado de la ciencia mexicana, con la finalidad de detectar áreas de oportunidad para su desarrollo y obtener propuestas que contribuyan al avance nacional, que presentan el presente y futuro de la ciencia en México.

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INTRODUCCIÓN

José Luis Lucio Martínez* y Manuel Torres Labansat**

La física al igual que otras disciplinas se encuentra inmersa en la so-ciedad y como actores en este contexto debemos tener claro cuáles son los cambios en las políticas y en las fuerzas económicas, para poder impulsar el desarrollo de la disciplina y al mismo tiempo el impacto benéfico de la misma. La ciencia, en particular la física, está llamada a ser un factor de cambio en el proceso que nuestro país transita y para ello debe orientar sus esfuerzos para tener capacidad de respuesta a los desafíos que la sociedad enfrenta.

Porque los cambios mencionados no son solamente locales, es evidente que debemos considerar las tendencias globales. Un ejemplo impactante de esas tendencias son los programas de educación a dis-tancia –a los que se puede acceder libremente– que ofrecen diversas instituciones del mundo, incluyendo los cursos de las mejores univer-sidades expuestos por los mejores académicos. Las instituciones que ofrecen gratis esos cursos ganan en presencia global, y el valor de los grados que otorgan no radica sólo en los cursos, sino en la experiencia de formar parte de la comunidad de aprendizaje y de investigación (estudiantes, posdoctorados, académicos, visitantes de las mejores ins-tituciones, fondos para investigación provenientes de convenios con empresas, con agencias gubernamentales, seminarios, conferencias,

* Departamento de Física; División de Ciencias e ingenierías, Campus León, Uni-versidad de Guanajuato.

** Instituto de Física, Universidad Nacional Autónoma de México.


etc). Así pues, como académicos tenemos la responsabilidad de pro-mover y mantener una vigorosa comunidad con base en proyectos que requieran la participación de diversas disciplinas y que preparen a los estudiantes para ser competitivos en el ámbito internacional.

Como parte del proyecto “Hacia dónde va la Ciencia en México” se llevaron a cabo tres mesas de discusión y debate, las cuales se titu-laron: (i) Retos y perspectivas de la física en nuestro país, (ii) Algunas tendencias de la física y (iii) El futuro en México de la investigación en física. La finalidad de estas reuniones fue revisar las principales tendencias y avances de la física en el mundo y en México desde el mirador académico, con el fin de identificar áreas de oportunidad para el desarrollo de la ciencia, la tecnología, la innovación y la formación de recursos humanos de alto nivel en nuestro país. En este libro se presentan artículos entregados por varios de los investigadores que participaron en dichos eventos.

El desarrollo y manejo de herramientas para el control de los obje-tos y materiales ha sido una piedra angular que ha permitido el avance de la humanidad, de particular relevancia resulta el tema de la ma-nipulación de la materia a la escala nanométrica. Los primeros cuatro capítulos analizan diversos aspectos de la nanociencia y nanotecnolo-gía. Se revisa el desarrollo de las diversas áreas de investigación a nivel mundial, y se reflexiona acerca del desarrollo que las mismas tienen en nuestro país. Si bien se considera que en México existe un número considerable de investigadores que desarrollan investigación de calidad en estas áreas, en general los resultados son incipientes, sobre todo si se considera el impacto que tienen en el desarrollo y aplicaciones de la nanotecnología. Con la finalidad de acrecentar de manera signifi-cativa su desarrollo se propone identificar las áreas de oportunidad en las que nuestro país pueda tener un mayor impacto. Con la idea de eventualmente producir resultados significativos y tangibles, se propone elaborar una Iniciativa Nacional en Nanotecnología. Defi-niendo áreas de oportunidad para México, así como de una serie de macro-proyectos para resolver problemas de energía, salud, medio ambiente, competitividad industrial y ciencia básica a nivel nacional.

15INTRODUCCIÓN

No resulta exagerado asegurar que en buena medida el desarrollo actual, pero sobre todo futuro de la economía dependerá del entendi-miento y utilización de los principios de la teoría cuántica. En nuestro país existe una limitada comunidad que realiza investigación en el área cuántica-interdisciplinaria. El carácter estratégico de este tema surge de la velocidad con que se están desarrollando en el mundo las nuevas tecnologías, que sin duda estarán fuertemente relacionados con el aprovechamiento de la “tecnología cuántica”. Ya se encuentran en el mercado dispositivos para criptografía cuántica y los primeros prototipos de computadoras cuánticas. Como país necesitamos formar los técnicos, los ingenieros y los investigadores que se van a requerir para afrontar la incorporación de esa tecnología que se volverá de uso rutinario en el mediano plazo.

En México existen grupos que trabajan aspectos teóricos tradicio-nales de mecánica cuántica, lo que se propone es el fortalecimiento de grupos con enfoques multidisciplinarios que les permita aplicar esos conceptos en problemas y escenarios que lo requieran. Al con-siderar que el manejo futuro de la información requiere impulsar la pluralidad de perspectivas en la investigación, se considera que existe una fuerte motivación para abordar la relación de la física cuántica con la información, la comunicación y con la biología. Al revisar estos aspectos en dos capítulos, se propone el establecimiento de un Centro de Física e Información Cuántica que contemple los aspectos de investigación básica, investigación tecnológica y vinculación.

La física de partículas elementales, la gravitación y la cosmología constituyen áreas fundamentales de la física, los descubrimientos y avances de estas disciplinas constituyen frecuentemente hitos en la historia del entendimiento de la naturaleza. Este es el caso del re-ciente descubrimiento del “Higgs”, partícula buscada afanosamente por cerca de 50 años, y que juega un papel central en el mecanismo que genera las masas de las partículas elementales. El otro ejem-plo más reciente, es el descubrimiento de las ondas gravitaciona-les, generadas por el colapso de dos hoyos negros, o por la colisión de dos estrellas de neutrones. Estos descubrimientos culminaron una


búsqueda que “dilató sólo 100 años”, y que abona al entendimiento de la estructura del espacio-tiempo. Los dos descubrimientos, tuvieron asociados la necesidad de desarrollar infraestructura experimental sofisticada, que reditúa sin lugar a dudas en el desarrollo tecnológico y el avance científico de otras disciplinas, por ejemplo, en: óptica, electrónica, cómputo, entre otras.

En cuatro capítulos los autores revisan aspectos diversos de la situación actual y perspectivas futuras de desarrollo de la física de altas energías, la gravitación y la cosmología. Un aspecto relevante es la parte experimental de estas disciplinas, que por sus características requieren de grandes instalaciones que dan lugar a experimentos in-ternacionales en los que concurren grandes grupos de colaboración. En el caso de la física de altas energías, existe ya una experiencia exitosa de grupos nacionales trabajando en estas grandes colaboraciones. Se plantea establecer iniciativas y esquemas que permitan consolidar y ampliar la participación de grupos mexicanos en las grandes colabo-raciones internacionales, procurando establecer las con diciones para que nuestros investigadores ocupen posiciones de liderazgo en dichos proyectos. En cuanto a las colaboraciones experimentales de cosmolo-gía y gravitación se plantea iniciar un vigoroso programa de creación de grupos y recursos humanos en investigación experimental.

Se plantea también explorar la posibilidad de construir instala-ciones experimentales en nuestro país, que permitan incursionar de forma exitosa en las áreas de la física de altas energías y astropartícu-las; y simultáneamente contribuir a un desarrollo tecnológico propio. Un exitoso ejemplo reciente es la instalación del Observatorio HAWC (High Altitude Water Cherenkov GRB Observatory), el cual permite el estudio de los rayos gamma ultra-energéticos. La posibilidad y con-veniencia de establecer otras instalaciones experimentales en nuestro país se revisan en dos capítulos del libro. Una posibilidad, discutida ya por varios años, es la posibilidad de establecer un laboratorio de acele-radores de nueva generación en nuestro país, y en particular de cons-truir una fuente de luz sincrotrón. La creación, construcción y puesta en operación de un sincrotrón mexicano representaría la realización

17INTRODUCCIÓN

del proyecto de mayor envergadura que se haya propuesto la ciencia mexicana. De tal modo que la necesidad de llevarlo a cabo a buen término es fundamental. Los beneficios esperados de una herramienta de esta naturaleza son tanto en la parte científica, tecnológica como económica. La generación de conocimiento, la formación de recursos humanos a nivel doctoral y postdoctoral, la difusión de los resulta-dos y logros, la vinculación con la sociedad, el sector productivo, la creación de empresas de corte tecnológico son parte de los beneficios que se pueden esperar, tal como ha ocurrido con las experiencias de Brasil y España entre otros.

Una tendencia creciente apunta hacia la interdisciplina. En el caso de la física, se considera en particular su relación con la química, la biología, la medicina y las ciencias sociales. En un capítulo se revisa el tema de los sistemas complejos. El impacto de esta disciplina va desde la medicina, el estudio de epidemias, virus, proteínas, liberación controlada de drogas, receptores, diabetes, cáncer, estudios del cere-bro, y diseño y fabricación de aparatos relacionados con la salud, entre otras. Todos los esfuerzos en esta dirección no tienen una política bien definida y son individuales. Se revisa la pertinencia de apoyar y consolidar esfuerzos como el de la creación del Centro de Ciencias de la Complejidad (C3), el cual es proyecto que tiende puentes entre las ciencias exactas, las naturales, y sociales, con la finalidad princi-pal de atender problemas de interés nacional desde una perspectiva interdisciplinaria.

En un siguiente capítulo se revisan los avances que han permitido utilizar los principios e instrumentos provenientes de la física para la prevención, diagnóstico y tratamiento de las enfermedades. Se analiza la conveniencia de ampliar la creación de grupos de investigación en física médica dedicados al avance del conocimiento y la formación de recursos humanos del más alto nivel. Se recomienda también, la incorporación a los servicios de salud mexicanos de profesionales en física médica, apropiadamente especializados a través de educación y entrenamiento, para que formen parte del equipo humano multi-disciplinario que requiere la medicina.


El último capítulo trata de un tema de creciente interés, el de la materia blanda la cual se refiere a un estado de la materia que no es cristalino, pero tampoco un líquido simple. Este es claramente un tema interdisciplinario que conjuga áreas de física, química, biología molecular, polímeros e ingeniería, entre otros. Además de revisar el estado de desarrollo de esta disciplina, se plantea la propuesta y acciones para establecer una alianza interinstitucional que permita ampliar y proyectar la investigación y el impacto tecnológico que puede tener el campo de la materia blanda.

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LAS NANOCIENCIAS EN MÉXICO, UNA PROPUESTA PARA SU DESARROLLO

José Gerardo Cabañas Moreno* y Cecilia Noguez Garrido**

LA IMPORTANCIA DE LAS NANOCIENCIAS Y NANOTECNOLOGÍAS

Desde una perspectiva de ciencia básica, las nanociencias representan el área de convergencia de las disciplinas científicas fundamentales: física, química y biología. Los fenómenos y estructuras que suceden a escala nanométrica (1-100 nm) eventualmente determinan las pro-piedades y estructuras a escalas mayores, incluso la macroscópica. Así, la escala nanométrica es la que finalmente impone un límite a nuestra capacidad de fabricar materiales y sistemas, es decir, de con-trolar su estructura y composición química.

Los átomos y las moléculas son las unidades más pequeñas de la materia con las que es factible “construir” materiales y estructuras de mayor complejidad. Y en los últimos 20 años las capacidades técni-cas y científicas han evolucionado hasta el punto de permitir el control de la materia en dimensiones tan pequeñas.

El potencial de estas capacidades para influir a escala mundial en prácticamente todo tipo de aspectos (energéticos, de salud, de seguri-dad, de alimentos, de telecomunicaciones, de cómputo…) es reconoci-do actualmente de múltiples formas, y está comprobada la viabilidad e importancia social de la ciencia, la ingeniería y la tecnología en la

* Centro de Nanociencias, Micro y Nanotecnologías, Instituto Politécnico Nacional.** Instituto de Física, Universidad Nacional Autónoma de México.


nanoescala. Como ejemplo de esto, basta con revisar las inversiones en investigación y desarrollo (I&D) dedicadas a las nanociencias y nanotecnologías (N&N) en países industrializados o en vías de desa-rrollo, así como las acciones específicas emprendidas por diferentes gobiernos en este tema.

La figura 1 muestra los montos de inversión en I&D en N&N durante el periodo 2008-2010 en aquellos países con mayor interés en el tema. Son notables tanto los rangos de inversión (hasta casi 2 500 millones de dólares en Estados Unidos), como su incremento o mantenimiento en el periodo. Otro dato: el mercado internacional de productos basados en nanotecnología alcanzó 254 billones de dólares en 2009.

Figura 1. Países con mayor inversión en I&D en N&N durante el periodo 2008-2010 (Xue A. y Hwang D., 2011).

Otro indicio de la importancia de las N&N en el ámbito internacional se encuentra en el hecho de que alrededor de 60 países han establecido programas o iniciativas nacionales para el desarrollo de estas áreas de investigación. La nanotecnología (Nt) ha sido reconocida como revolucionaria en ciencia y tecnología, comparable con el desarrollo de la electricidad, la biotecnología y la información digital. Esto im-plica un compromiso específico para canalizar recursos humanos y

21LAS NANOCIENCIAS EN MÉXICO, UNA PROPUESTA PARA SU DESARROLLO

económicos en su desarrollo, así como el reconocimiento de que estas áreas son de importancia estratégica.

DESARROLLO DE LA NANOTECNOLOGÍA

En términos conceptuales, se considera que el desarrollo de la nano-tecnología sigue un camino que conduce gradualmente a sistemas de creciente complejidad. Por ejemplo, en el documento sobre pers-pectivas de la nanotecnología preparado por Roco, Mirkin y Hersam (2011) las etapas de desarrollo previstas son las que se muestran en la figura 2.

2005

NANOESTRUCTURAS ACTIVAS –transistores 3D, amplificadores, fármacos dirigidos, estructuras

adaptativas, dispositivos biomédicos, …–

NANOESTRUCTURAS PASIVAS (PRODUCTOS DE 1ª GENERACIÓN)–recubrimientos, nanopartículas, metales nanoestructurados,

polímeros, cerámicos, …–2000

2010

2020

NANOSISTEMAS INTEGRADOS–ensamblado guiado, redes en 3D y nuevas arquitecturas

jerárquicas, robótica, …–

NANOSISTEMAS MOLECULARES–diseño a nivel atómico, funciones emergentes, …–

TECNOLOGÍAS CONVERGENTES–nano-bio-info, en nanoescala, tecnologías cognoscitivas,

sistemas macro complejos a partir de la nanoescala, …–

Figura 2. Esquema conceptual del desarrollo de las nanotecnologías, adaptado de Roco, Mirkin y Hersam, 2011.

De acuerdo con el diagrama de la figura 2, actualmente se ha avan-zado hasta el punto de producir los primeros nanosistemas integra-dos para aplicaciones comerciales. Esto significa que buena parte de los estudios básicos más desarrollados están orientados al estudio


de nanosistemas moleculares, cuya comercialización iniciará en los próximos años. Los estudios básicos sobre nanoestructuras pasivas y nanoestructuras activas, por supuesto, continúan en forma muy diversa. La figura 2 indica la gradual evolución hacia mayores grados de complejidad en los materiales y sistemas producidos con las na-notecnologías.

NANOTECNOLOGÍA EN MÉXICO

El estado de la nanotecnología en México ha sido abordado por un número limitado de documentos (Centro de Investigaciones en Ma-teriales Avanzados, 2008; Red Temática de Nanociencias, 2011-2012 y Executive Office of the President, 2005). Ha habido dificultades espe-ciales para realizar un diagnóstico adecuado de las actividades de N&N en el país. Entre las más importantes figuran la identificación plena de los actores principales en el sector académico y de investigación, así como el acceso a la información relevante proveniente de los usuarios actuales y potenciales de la nanotecnología. Una segunda dificultad, que incide en la anterior, reside en la carencia de apoyo gubernamental sistemático y suficiente para llevar a cabo los estudios de diagnóstico y prospectiva.

Todo esto refleja la carencia de una política nacional que defina con precisión lo que el país espera de la ciencia y la tecnología, y que implemente los programas necesarios para el desarrollo sistemáti-co, a mediano y largo plazos, de áreas prioritarias. La situación de las políticas nacionales en N&N contrasta notablemente con lo que acontece en el resto del mundo, según se ha descrito brevemente al inicio de este texto.

En términos generales, se puede afirmar (Executive Office of the President, 2005) que existe en México un número considerable de investigadores que desarrollan trabajo de buena calidad académi-ca, distribuidos prácticamente en todo el país, así como un número creciente de empresas, instituciones y particulares interesados en


las aplicaciones de N&N. Acerca de los primeros, es evidente que el énfasis de sus trabajos se encuentra muy disperso y que se requiere conjuntar grupos multi-institucionales de investigación para aumen-tar su competitividad en el plano internacional. Sobre los segundos, han surgido iniciativas importantes con la participación del sector industrial, especialmente en la región norte del país, que probable-mente puedan repetirse en el centro y occidente.

La creación de la Red Temática de Nanociencias y Nanotecnología (Conacyt) ha sido un paso meritorio en el camino por fomentar la colaboración entre investigadores residentes en México, pero requiere un apoyo continuado, flexible y confiable. En el marco de esta Red se han emprendido los primeros pasos para generar una Iniciativa Na-cional en Nanotecnología (INN), mediante la participación efectiva de los sectores gubernamental, académico e industrial. Este es un trabajo que se encuentra en sus primeras etapas de conformación y requiere de apoyo decidido para completarse adecuadamente.

Con la idea de eventualmente producir resultados significativos y tangibles, debe tenerse claro que una iniciativa de este tipo deberá señalar aquellas temáticas en las que la I&D en N&N en México podrá posicionarse favorablemente en el ámbito internacional en el mediano plazo. Además, deberá indicar los temas que, a pesar de encontrarse actualmente en una posición no tan ventajosa, deban ser desarrollados en el largo plazo, por requerirlo así los intereses nacionales.

Hasta abril de 2013, México contaba con alrededor de 4 658 pu-blicaciones relacionadas con nanociencia, según el Web of Science, de un total de 735 803, lo que representa una contribución de aproxi-madamente 0.633%, comparable con la contribución promedio de la ciencia mexicana en el contexto internacional. Alrededor de 50% de las publicaciones están relacionados con temas de física. En los últi-mos 10 años las contribuciones mexicanas al tema se han incremen-tado más de 330%. Sin embargo, este aumento no se compara con el de países que cuentan con iniciativas o programas gubernamentales de desarrollo en esta área y que en los últimos años han desplazado a México del lugar 25 al 31 en producción científica del tema.


De 2008 a la fecha se han registrado alrededor de 2 751 publicacio-nes, aunque sólo 80 de ellas en revistas consideradas premier, es decir, aquellas con el mayor índice de impacto. Hay 24 publicaciones mexicanas entre 1% de los artículos más citados a escala internacional. Esto indica que en algunas áreas hemos alcanzado un grado de exce-lencia, sin embargo, resulta indiscutible la necesidad de aumentar y fomentar la actividad en esta área, mediante programas e iniciativas nacionales.

Como una primera aproximación a la discusión de las fortalezas de la investigación en N&N en México, la tabla 1 señala campos de investigación de interés mundial, así como nuestra apreciación sobre la oportunidad que tienen actualmente los investigadores de desco-llar en estos campos. Como se indica en la tabla, consideramos la investigación en teoría, modelado y simulación (de materiales) como la de mayor oportunidad de desarrollo en México, seguida por in-vestigaciones en síntesis y procesamiento, aspectos ambientales y de salud; energía, sistemas nano-biológicos y medicina, y manofotónica y plasmónica. Por supuesto, para que nuestras apreciaciones se tornen realidad, el pre-requisito es que se implemente un apoyo sistemático como el que se plantearía en la INN.

Tabla 1.

Áreas / campos de investigaciónOportunidad nanociencias

Oportunidad nanotecnología

Teoría, modelado y simulación 999 9

Métodos de medición, instrumentos y metrología 9 9

Síntesis, procesamiento y manufactura de componentes, dispositivos y sistemas

99

Aspectos ambientales y de salud 99 99

Aspectos de energía 99 9

Sistemas nano-biológicos y medicina 99 99

Nanoelectrónica y nanomagnetismo 9 9

Nanofotónica y plasmónica 99 9

999 = bueno, 99 = regular, 9 = malo


La tabla 1 incluye una columna en la que ofrecemos nuestra apre-ciación sobre las oportunidades de desarrollo tecnológico en México. En esto, la situación es más complicada y difícil de predecir. En las condiciones actuales, los campos de síntesis y procesamiento, aspec-tos ambientales y de salud, y sistemas nano-biológicos y medicina, son los que consideramos de más favorable desarrollo en el ámbito tecnológico.

En particular en el área de física se han formulado metas espe-cíficas en ciencia básica que repercutirán en el desarrollo de la N&N, en las cuales México podría participar de forma activa. Para el año 2020 se esperan los siguientes avances (Roco, Mirkin y Hersam, 2011; Roco, 2011):

1. Nuevas teorías que permitan la integración de fenómenos concu-rrentes con la nanoescala, considerando la complejidad y el descubrimiento de nuevos fenómenos.

2. Entender las bases de la transición entre comportamientos cuánti-cos y clásicos en dispositivos y sistemas. Uso y control de los efectos cuánticos.

3. Métodos realistas para tratar estados electrónicos excitados (inclu-yendo correlación electrónica) para sistemas con miles de átomos. Fotosíntesis artificial.

4. Tele-transportación controlada de información entre átomos en sistema a la nanoescala.

5. Incrementar 10 mil veces la capacidad de cómputo: simulaciones ab initio de QDs, simulación de auto-ensamblado de materiales pro-gramados, generación de campos de fuerza en DM, modelación multiescala de celda solares y otros dispositivos de emisión de luz.

6. Aproximaciones generales de multiprocesos a multiescala (catálisis).7. Simulación de transporte cuántico y flujo de corriente en escala mo-

lecular en nanodispositivos activos.8. Control y uso de plasmónica a escala nanométrica.9. Aproximaciones predictivas para la compatibilidad y ensamblaje de

materiales bióticos y abióticos.10. Imágenes en 3D con especificidad química, resolución temporal y

resolución atómica de proteínas individuales. Herramientas con precisión atómica para medir y reestructurar. Resolución tempo-ral en reacciones químicas.


11. Desarrollo de instrumentación in situ para procesos controlados de manufactura. Desarrollo de instrumentación para usos educativos y para no especialistas.

12. Fundamentos para crear rutas de autoensamblaje controlado de átomos y moléculas en estructuras jerárquicas. Fundamentos de la presencia de catalizadores o estructuras directrices.

13. Nuevos fenómenos físicos (fotones, electrones) para nuevas aplica-ciones como transistores más rápidos, transparencia de 98%, mate-rial para conectar lo nano con lo macro, sensores, etc. Fundamentos para crear estructuras en 2D que reemplacen el silicio.

14. Manufactura de nanotubos puros, propiedades uniformes.15. Descubrimiento de nuevos materiales multiférrico/magnéticos.

Comportamiento colectivo de portadores en temperatura ambiente en grafeno y aislantes topológicos.

16. Computadoras cuánticas para usos específicos.17. Almacenamiento de luz en milisegundos o más. Estructuras con ba-

jas pérdidas de resonancia.18. Uso de la plasmónica para la emisión y detección aumentada me-

diante el control de absorción y emisión de luz por moléculas.19. Superlentes de alta definición y capas de invisibilidad.20. Láseres con gran eficiencia en transmisión de energía, funcionando

con muy baja potencia de entrada, y salidas con altas ganancias.21. Creación de fábricas e impresoras de escritorio para el desarrollo

de nuevos prototipos, sin necesidad de cuartos limpios.22. Técnicas de impresión molecular que permitan el posicionamiento

en superficies (procesos de diferenciación de células madre en gran escala). Reglas de diseño, aplicaciones en alta resolución.

23. Monitoreo de procesos, salud y medio ambiente.

FORMACIÓN DE RECURSOS HUMANOS

Este aspecto del desarrollo de las N&N en México ha sido igualmente abordado en las encuestas citadas del Centro de Investigaciones en Materiales Avanzados (2008), Red Temática de Nanociencias (2012) y en Executive Office of the President (2005). Son relativamente pocos los programas de posgrado explícitamente relacionados con N&N, pero en realidad son muchos los programas y las instituciones na-cionales donde los estudiantes de posgrado participan en proyectos de investigación en estas áreas. Es de suponer que paulatinamente


se dará una orientación más formal de otros programas de posgrado hacia las áreas de N&N, y ciertamente sería oportuno hacer un esfuer-zo por revisar las experiencias adquiridas en los ámbitos nacional e internacional.

Por otra parte, se ha observado que diversas instituciones han esta-blecido programas de licenciatura en N&N. En el caso de instituciones de reciente creación, esto es especialmente sorprendente, dado que difícilmente cuentan con el personal académico que apoye un progra-ma de naturaleza tan marcadamente multidisciplinaria. Además, con excepciones muy puntuales (UNAM), aparentemente las licenciaturas se han creado sin un estudio bien fundamentado de las necesidades nacionales o regionales en los sectores industrial y de servicios. El de-sarrollo de programas de licenciatura en las áreas de N&N debería ser urgentemente atendido en todo el país, para definir tanto las necesida-des reales de personal entrenado, como para establecer bases mínimas en términos de planes de estudio y personal académico involucrado.

PROPUESTAS ESPECÍFICAS

Nuestras propuestas se ubican en los aspectos de promoción de la investigación y en la formación de recursos humanos en México. Una condición previa para una discusión detallada de nuestras propuestas (o de cualesquiera otras), es el reconocimiento de las N&N como áreas prioritarias en el desarrollo nacional. Las propuestas siguientes deben leerse asumiendo que esta condición ha sido satisfecha.

1. Elaboración de la Iniciativa Nacional en Nanotecnología. Definición de áreas de oportunidad para México en el ámbito internacional.

• Tiempo estimado: 12 meses.• Presupuesto estimado: 3 millones 500 mil pesos.• Justificación: Mediante la red temática de nanociencias y nano-

tecnología se han realizado estudios de diagnóstico del estado del arte, retos y oportunidades existentes en México. Por tal mo-tivo, se está en condiciones de elaborar una iniciativa nacional


que identifique los principales proyectos de desarrollo en nano-tecnología que deban ser impulsados (priorizados), con base en su oportunidad, potencial de mercado, recursos y capacidades faltantes para concretarlos; instituciones que pueden/deben in-volucrarse en cada proyecto.

2. Macro-proyectos nacionales en el área de nanotecnología. Defi-nición de cinco proyectos basados en las fortalezas y capacidades mexicanas para resolver problemas de energía, salud, medio ambien-te, competitividad industrial y ciencia básica en el nivel nacional.

• Duración de cada proyecto: 42 meses. • Presupuesto estimado: 450 millones de pesos.• Justificación: con base en el análisis del estado del arte de publica-

ciones científicas, capacidades físicas y humanas, así como de las temáticas en las cuales hay posibilidades de desarrollar proyec-tos multi-disciplinarios y multi-institucionales para la resolución de problemas nacionales, se diseñarán y ejecutarán proyectos en ciencia básica y aplicada, capaces de vincularse con los sectores público y privado.

• Ejemplos: (a) Estudios encaminados a las aplicaciones bio-médicas y ambientales de nanomateriales y sensores. Estudios básicos de nanomateriales (simulación, síntesis, caracterización) con aplica-ciones potenciales en dispositivos diseñados para identificar agen-tes y substancias riesgosos para la salud y/o el medio ambiente, poniendo énfasis en las necesidades específicas del país. Incluye el diseño y construcción de prototipos y la caracterización de su desempeño. (b) Estudios encaminados a las aplicaciones en na-noelectrónica, catálisis asimétrica y nuevas tecnologías basadas en quiralidad a escala nanométrica. Estudios básicos de nanoes-tructuras quirales (simulación, síntesis, caracterización) como nanoestructuras de carbono y similares, así como cúmulos qui-rales mono y bimetálicos modificados en su superficie por ligan-dos, con aplicaciones potenciales en dispositivos diseñados para separación enantiomérica en la industria farmacéutica, en detectar substancias orgánicas quirales, tales como aminoácidos, hormo-nas, azúcares y proteínas, entre otros.

3. Educación en nanociencia y nanotecnología. Definición de necesida-des de recursos humanos en el país en los grados de licenciatura y posgrado. Propuestas de currícula normalizados en licenciatura y posgrado.


• Tiempo estimado: 12 meses.• Presupuesto estimado: 2 millones de pesos.• Justificación: Actualmente se ofrecen en el país una gran canti-

dad de programas académicos que incluyen la nanotecnología en distintos aspectos. Debido a su carácter interdisciplinario, las instituciones que cuentan con estudios de posgrado en física, química, ciencia de materiales y biología, han formado recursos humanos cuyos trabajos de tesis están relacionados con el estu-dio de sistemas nanométricos. Sin embargo, no todas las insti-tuciones cuentan con una currícula que garantice al estudiante su posterior inserción en actividades propias en nanotecnología.

4. Creación del Centro Nacional Virtual de Nanociencias y Nanotec-nologías. Acopio de información sobre N&N a escalas nacional e internacional. Fomentar el uso óptimo de la infraestructura física. Actividades de educación continua, difusión y vinculación con la sociedad de acceso libre (internet) en todo el país.

• Tiempo estimado: Cinco años.• Presupuesto estimado: 8 millones de pesos por año.• Justificación: Abrir nuevos espacios de diálogo multidisciplina-

rio que sirvan para abordar grandes retos y generar ideas de de-sarrollo tecnológico de trascendencia nacional e internacional. Fomentar el uso óptimo de la infraestructura física mediante la compra y asignación de tiempo de usuario de los equipos en los laboratorios nacionales, y en las universidades con el fin de eli-minar la duplicidad de esfuerzos.

CONCLUSIONES

La N&N representa retos y oportunidades para los países en vías de desarrollo (Kay y Shapira, 2009). Existen infraestructura y capacidades establecidas, pero no a la escala y posibilidades de las naciones desa-rrolladas en I&D. En las condiciones actuales de la promoción de la ciencia y la tecnología en México, hay pocas temáticas en las que se puede destacar científicamente –y casi en ninguna tecnológicamente– en las áreas de N&N. Sin embargo, mediante inversiones focalizadas y colaboraciones estratégicas, países como México pueden potenciar


sus capacidades en I&D, creando conocimiento nuevo en áreas de interés nacional.

Políticas, estrategias y acciones gubernamentales en apoyo de N&N deben pasar del discurso a la acción. En particular, se requiere continuar adecuadamente con la preparación de una Iniciativa Nacio-nal en Nanotecnología. Se deben fomentar y coordinar los esfuerzos, infraestructura humana y física. Mientras tanto, las instituciones académicas y de ciencia y tecnología nacionales pueden contribuir a evitar la duplicación de esfuerzos y pueden fomentar el uso óptimo de la infraestructura física y humana.

REFERENCIAS

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Informe de la Red Temática de Nanciencias y Nanotecnología (2011). México: Comité Téc-nico Académico. También: http://www.nanored.org.mx

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Xue, A. y Hwang, D. (2011). Nanotechnology funding: Corporations grab the reins. Lux-Research. Recuperado de: https://members.luxresearchinc.com/research/report/5759

33

FORMACIÓN DE UN CENTRO DE INVESTIGACIÓN E INNOVACIÓN EN NANOCIENCIAS

E. Velázquez-Contreras,* R. M. Montesinos Cisneros,* Roberto Guzmán,**

A. Posada-Amarillas,* M. Pedroza-Montero* y M. Barboza-Flores*

INTRODUCCIÓN

Se propone la creación de un Centro de Investigación e Innovación en Nanociencias (CIIN) con el objetivo de realizar investigación científica y aplicada de alto impacto en las áreas de salud y medio ambiente. El CIIN se concibe dentro del modelo de un centro regional de inves-tigación e innovación, afín a las políticas científicas implementadas por el gobierno mexicano, y que han demostrado gran efecto en el desarrollo de proyectos de investigación e innovación mediante la co-laboración de los sectores académico, empresarial y gubernamental.

El CIIN diseñará y desarrollará estrategias con los sectores de salud y medio ambiente, en los ámbitos regional y nacional, con el fin de impulsar proyectos de innovación nanotecnológica en la frontera del conocimiento que generen beneficio social y económico en el corto y mediano plazos.

El influjo económico y social, a escala mundial, del desarrollo de la nanociencia y la nanotecnología (N&N) en los últimos 15 años es notable. Se estima que el mercado mundial de productos nanotecno-lógicos asciende a 250 mil millones de dólares, y concentra una fuerza

* Universidad de Sonora.** The University of Arizona, Chemical and Environmental Engineering Department.


laboral que alcanzará los seis millones de trabajadores en el año 2020 (Roco, Mirkin y Hersam, 2010).

La razón del significativo avance en N&N es sin lugar a dudas el establecimiento de políticas nacionales estratégicas para el desarrollo de conocimiento científico básico de sistemas nanoestructurados, y el compromiso de materializar dicho conocimiento en productos nanotecnológicos de uso común. Los países que han contribuido mayormente a este desarrollo son Estados Unidos (2000), Alemania (2002), Korea (2001), Japón (2001), la Unión Europea (2002) y Tai-wan (2002). Estos países aplicaron políticas nacionales integrales y aportaron recursos financieros de gran magnitud.

En general, más de 60 países han establecido programas de apoyo en N&N, pero con financiamiento limitado y desvinculados de po-líticas nacionales de desarrollo científico y tecnológico de carácter integral. En América Latina, Brasil, Argentina y México son los países con mayor inversión en N&N, pero con excepción de Brasil, todavía carecen de una política de desarrollo nacional.

El sistema científico y tecnológico en México con actividades en N&N, involucra alrededor de 400 investigadores, 56 instituciones cien-tíficas y alrededor de 500 estudiantes de posgrado, de acuerdo con un estudio realizado por la Secretaría de Economía en 2008 (Centro de Investigación en Materiales Avanzados, Secretaría de Economía y Funtec, 2008).

La infraestructura adecuada para la investigación científica básica y aplicada en N&N se concentra principalmente en unos pocos labo-ratorios nacionales localizados en Chihuahua (Cimav-Nanotech), San Luis Potosí (Ipicyt-LANIN), Puebla (INAOE-LNN), Coahuila (CIQA), así como en prestigiadas instituciones como la Universidad Nacio-nal Autónoma de México (UNAM), el Instituto Politécnico Nacional (IPN), el Centro de Investigación y Estudios Avanzados (Cinvestav), la Universidad Autónoma Metropolitana (UAM) y el Instituto Mexicano del Petróleo (IMP), además de otras en los estados de la República (González, 2009).

35FORMACIÓN DE UN CENTRO DE INVESTIGACIÓN E INNOVACIÓN EN NANOCIENCIAS

No obstante la significativa participación del sector científico y tecnológico en N&N, México todavía está por debajo de Brasil en los indicadores más importantes. En 2008 Estados Unidos publicaba 39 veces más artículos que México; China 27, Japón 18, Alemania 14 y Brasil dos veces más (Centro de Investigación en Materiales Avanza-dos et al., 2008). El Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Cona-cyt), es el principal órgano financiador de las actividades científicas en N&N y también el impulsor del sector a través del financiamiento de la Red Nacional de Nanociencia y Nanotecnología, que aglutina a los actores e instituciones dedicadas a la investigación científica en este ámbito.

A pesar de la incipiente actividad científica en materia de N&N, se observa en la actualidad un incremento de proyectos y servicios tecno-lógicos proporcionados a las empresas e industrias. Para ello, las insti-tuciones y centros de investigación han creado unidades de vinculación y transferencia del conocimiento (UVTC), que además de constituir una significativa fuente de ingresos propios, establecen una exitosa fórmula de solución de problemas tecnológicos, que en ocasiones conforman casos exitosos de alianzas estratégicas entre la institución y el sector empresarial e industrial.

Esto se logra mediante el desarrollo de proyectos de innovación tecnológica, que maduran hasta tomar la forma de una empresa de tec- nología avanzada o consorcio tecnológico. En México se han identifi-cado más de un centenar de empresas que incluyen nanotecnología en forma de procesos o productos tecnológicos y ligadas, mediante proyectos de asesoría o vinculación, a instituciones nacionales de investigación (Lau, Foladori, Appelbaum y Figueroa, 2013). Lo ante-rior indica que los procesos de vinculación y de transferencia de tec- nología son susceptibles de llevarse a cabo mediante una exitosa relación “triple hélice” que comprende a las empresas, la academia y al gobierno, este último a través de políticas públicas implementadas por el Conacyt, que proporciona a las empresas financiamiento para el desarrollo de proyectos de innovación tecnológica.


ANTECEDENTES

La Universidad de Sonora cuenta con los programas de Posgrado en Ciencias (Física) y Nanotecnología, los cuales tienen una matrícula de 150 estudiantes. La planta académica está conformada con más de 50 profesores-investigadores de posgrado con amplia experiencia en in-vestigación científica. Existe un núcleo de 15 profesores relacionados con investigación en N&N en las áreas de síntesis de materiales, ca-racterización y funcionalización de plataformas nanoestructuradas.

En cuanto a las aplicaciones biomédica de sistemas nanoestruc-turados, se investigan los efectos de la radiación con nanopartículas a base de óxidos metálicos y metales puros de oro y plata. La interacción de la radiación ionizante tipo rayos X con metales de alto índice Z produce un incremento local de dosis de varios órdenes de magnitud, lo que permite diseñar aplicaciones en radioterapia más adecuadas debido a que la radiación se aplica directamente en la región de inte-rés y se administra menor dosis al paciente. Disminuyen además los daños en tejido sano.

En otra línea, se investigan nanopartículas del tipo puntos cuánticos (por ejemplo CdSe y CdTe) en cultivos celulares para ser utilizadas como nano termómetros y agentes de definición y contraste imagenoló-gicos. Los sistemas nanoestructurados de Au tipo esferas huecas han sido utilizados para medir los efectos hipertérmicos causados por la excitación plasmónica mediante luz de 830 nm. Las mismas nano-partículas de oro pueden ser funcionalizadas adecuadamente con el objeto de que se adhieran selectivamente a las células cancerosas para causar un efecto hipertérmico letal dispensando el daño al tejido sano.

Otra línea de investigación prevé el diseño de nanoestructuras basadas en carbono (diamante y grafeno) para el estudio morfológico y bioquímico de células irradiadas mediante la técnica de Imagenología Hiperespectral Raman de Alta Resolución y Microscopía de Fuerza Atómica. Los nanomateriales con base de carbono, o nanocarbonos (NCs), son especialmente interesantes en biomedicina, ya que se ca-racterizan por I) su biocompatibilidad, II) intensas señales Raman/


fluorescentes que han sido ampliamente caracterizadas y, III) son plataformas fácilmente funcionalizables para ser “dirigidas” a zonas específicas del sistema biológico y/o “transportar” componentes ac-tivos (genes /medicamentos).

Dentro de los nanocarbonos destacan los nanotubos de carbono (CNTs), los nanodiamantes (NDs) y los nano-grafeno (NGs) y sus derivados: óxido de grafeno (GO) y óxido de grafeno reducido (rGO). Los CNTs fueron introducidos en la pasada década y los estudios en biomedicina sobre ellos son muy numerosos y revelan una gran cantidad de información sobre los mecanismos de interacción de los NCs con los sistemas biológicos.

La Universidad de Sonora concentra un grupo muy sólido en in-vestigación teórica en N&N, con experiencia en el uso de metodologías computacionales para entender, desde un punto de vista atomístico, los fenómenos físicos asociados con el diseño y mejoramiento de las pro-piedades fisicoquímicas de nuevas plataformas nanoestructuradas que funcionen como nanocatalizadores con mejor actividad y selectividad catalítica. Mediante procesos de modelación se obtiene información relacionada con las propiedades estructurales, electrónicas y ópticas. En especial, se busca bajo diseño, mejorar los procesos de síntesis de nanopartículas con potencial catalítico para aplicaciones en una va-riedad de procesos de importancia social y económica, incluyendo el mejoramiento del medio ambiente, la energía y la salud.

En la Universidad de Sonora se realizan investigaciones teóricas y experimentales con el propósito de entender y desarrollar nano-catalizadores. Investigadores de los departamentos de Ingeniería Química y Metalurgia, y de Investigación en Física colaboran en la búsqueda de soluciones para el tratamiento de aguas residuales y de oxidación de monóxido de carbono con el fin de reducir las emisio-nes contaminantes a la atmósfera, mediante el desarrollo de nuevos nanocatalizadores.

Esto ha permitido el trámite de una patente para producir nano-partículas de sulfuro de cobre con potenciales aplicaciones como foto-catalizadores. Asimismo, se está gestionando otra patente relacionada


con la síntesis y aplicación de nanopartículas de titania en el tra-tamiento de aguas residuales. De igual manera, existen resultados preliminares de nanoaleaciones de oro-paladio que dan indicio de actividad catalítica en la oxidación de CO. En este último trabajo participa un investigador del Centro de Nanociencia y Nanotecno-logía de la UNAM.

El trabajo teórico ha sido apoyado por investigadores líderes a escala mundial, cuyo aporte al conocimiento y desarrollo de meto-dologías computacionales ha permitido definir esquemas fundamen-tales de investigación para el conocimiento, desde un punto de vista atomístico, del funcionamiento de los nanocatalizadores. Aunque el avance ha sido significativo, aún falta vincular los estudios teóricos con los experimentales, pues solamente una investigación (nanopar-tículas de sulfuro de cobre) ha sido fortalecida con ambos puntos de vista, los cuales, no por circunstancia, hicieron viable el trámite de una patente y la opción de desarrollar fotocatalizadores para tratamiento de aguas, investigación que se encuentra en proceso.

Los grupos de investigación de la Universidad de Sonora parti-cipan activamente en programas de colaboración científica con in-vestigadores de alto nivel con residencia en Estados Unidos, Francia, España, Suecia, Italia y Reino Unido. La interacción ha permitido desarrollar proyectos de investigación en N&N relacionados con la síntesis de fármacos nanoestructurados para el transporte de medica-mentos y terapias, así como el estudio de fenómenos fundamentales, físicos y químicos, necesarios para el diseño de dispositivos médicos y nanocatalizadores.

INFRAESTRUCTURA DISPONIBLE

La Universidad de Sonora cuenta con una infraestructura física ade-cuada para el desarrollo de proyectos en N&N. En los últimos años se han invertido más de tres millones de dólares en equipamiento y actualmente se cuenta con los siguientes laboratorios:


Laboratorio equipado para el crecimiento y mantenimiento de líneas celulares comerciales: Equipado con sistemas de incubación y separa-ción con centrífugas de temperatura controlada. Adicionalmente tiene un área de campanas de flujo laminar e iluminación UV con nivel de seguridad biológica clase II y dos sistemas de refrigeración -20°C y -80°C, respectivamente. Posee también el equipo y los reactivos necesarios para la activación, el crecimiento y el mantenimiento de líneas celulares de cualquier tipo de cáncer.

Laboratorio de Física de Radiaciones: Instalado en el Bunker con pa-redes de concreto de alta densidad y láminas de plomo. Diseñado para trabajar con fuentes de radiación Gamma, Beta y Rayos X y sistemas de caracterización de los efectos tempranos de la radiación en tejidos vivos. El equipamiento principal de este laboratorio es una fuente de Cobalto 60: Gammacell 220 Excel (GC-220E).

Laboratorio de Caracterización de Biomateriales:

• Espectrofluorómetro Horiba Fluorolog 322 con control de tem-peratura en la muestra.

• Lector de señales luminiscentes óptica y térmicamente estimu-ladas RISO TL/OSL-DA-20.

• Lector de luminiscencia ópticamente estimulada (Landauer, Inc. MicroStar Reader) basado en un sistema de puntos cuánticos (in-Light nanoDots) que permite hacer mediciones alrededor de los entornos ambientales de las líneas celulares y estimar las dosis locales de exposición de las células cancerosas in vitro.

• Láseres IR de longitud de onda variable, láser He-Ne 633 nm.• Equipo de espectroscopía de luz dispersada Zetasizer Nano ZS

(Malvern).• Equipo de absorción óptica Perkin Elmer.• Microscopio Park AFM Xe-Bio con sistema de aislamiento de

vibraciones y luz. Equipado con módulo de barrido de contac-to, barrido de no contacto y módulo de conducción de iones. Acoplado a un microscopio Nikon Ti-U con celda para el man-tenimiento de células vivas con control de temperatura y flujo de CO2 .


Infraestructuras de Servicio Intra-Universitario:

• Equipo de espectroscopía fotoelectrónica de rayos X (XPS) PHI5100 (Perkin Elmer).

• Equipo de espectroscopía infrarroja FT-IR Spectrum GX (Per-kin Elmer.)

• Microscopía electrónica Fast TEM 2010 (JEol).• Citometría de Flujo FACS Canto II (BD Biosciencies).

Laboratorio de Simulación y Modelación de Materiales:

• Un clúster de cómputo de alto desempeño con 136 cores.• Cuatro computadoras iMac con procesadores Intel i5, cada una

con 8 GB en memoria RAM.• Acceso a cluster de ocho nodos de cálculo en CPU y un nodo CPU/

GPU del Área de Cómputo de Alto Rendimiento de la Unison.

JUSTIFICACIÓN

Los materiales nanoestructurados o nanomateriales (NMs) han su-puesto una revolución en la biomedicina al brindar la oportunidad de desarrollar técnicas no invasivas o mínimamente invasivas para el diagnóstico y tratamiento de enfermedades como el cáncer. Los na-nomateriales son ideales como biomarcadores y agentes de contraste para bioimagen, pero también para el transporte de medicamentos o genes. Así hacen posible el desarrollo de una nueva generación de tratamientos teranósticos.

La principal ventaja de los nanomateriales en aplicaciones bio-médicas es su versatilidad, esto es, soportan una gran variedad de modificaciones, como composición, recubrimiento de su superficie y/o ligandos adheridos; actúan como plataforma para ensamblar una gran variedad de estructuras multifuncionales. El diseño de nano-materiales para aplicaciones específicas va ligado al estudio de la interacción de estos agentes externos con los sistemas biológicos. Morfología, fisiología, composición química y viabilidad del sistema


biológico son algunos de los parámetros que deben evaluarse para cada nuevo nanomaterial.

La técnica de imagenología basada en la fluorescencia, y más re-cientemente, en la dispersión Raman, permite estudiar la interacción de los nanomateriales con el sistema biológico. Estos estudios se dividen en I) pasivos, donde se detecta la emisión proveniente de los NMs, con la finalidad de establecer su localización, o bien, II) activos, donde se analiza la señal propia del sistema biológico y las modificaciones provo-cadas por la presencia de los NMs. La bio-funcionalización de los NMs permite el marcaje de estructuras intracelulares concretas, y si además se adhiere un medicamento, permite el estudio de su efecto local.

OBJETIVO GENERAL

Crear un Centro de Investigación e Innovación en Nanociencias (CIIN), con las características de un organismo autónomo y con personalidad jurídica propia, capaz de constituir un ecosistema adecuado para el desarrollo de investigación básica y aplicada, enmarcado en proyectos de vinculación y transferencia del conocimiento con el sector salud, público y privado, tanto de la región como del país.

El programa de investigación e innovación del CIIN prevé el de-sarrollo de tres ejes estratégicos en el área de nanomedicina y un eje estratégico relacionado con aspectos teóricos fundamentales, compu-tacionales y simulación de procesos atómicos, moleculares, físicos, químicos y biológicos de nanoplataformas y nanodispositivos. El CIIN funcionaría de acuerdo con el modelo de innovación conocido como de “triple hélice”: academia, empresas y las políticas nacionales emanadas del Programa Nacional de Desarrollo 2013-2018, así como las estra-tegias de apoyo a la ciencia e innovación establecidas por el Conacyt.

Los objetivos son los siguientes:

• Diseñar e implementar un laboratorio de investigación espe-cializado para asistir al entorno médico en procedimientos de


detección temprana de cáncer, imagenología de alta resolución, síntesis y administración de fármacos nanoestructurados.

• Investigar procesos de síntesis de materiales nanoestructurados para aplicaciones teranósticas.

• Innovar los procedimientos para la aplicación de nanoestructu-ras específicas en la detección, imagenología, diagnóstico tem-prano y terapia del cáncer.

• Coadyuvar con los hospitales asociados con nuestro Centro en los diagnósticos difíciles o complejos, a través del estudio siste-mático de procesos físicos y químicos involucrados en la evolu-ción de tejidos cancerosos en pacientes.

• Crear un grupo multidisciplinario de investigadores, teóricos y experimentales, dedicados a realizar investigación fundamental de primeros principios para desarrollar nuevas teorías de siste-mas nanoestructurados, simulación de procesos básicos en los niveles atómico y molecular, que coadyuven al establecimiento de nuevos métodos nanotecnológicos que mejoren la síntesis y funcionalización de nanoestructuras y sus aplicaciones en temas del medio ambiente, energía y salud.

• Ofrecer un programa de vinculación efectiva con el sector médi-co oncológico para la implementación de especialidades médicas de oncofísica, nano-oncología, nanoradioterapia y nanomedicina.

Áreas de investigación e innovación del CIIN

Se plantea la creación de un Centro de Investigación e Innovación en Nanociencias que tenga entre sus funciones las siguientes:

I. Investigación básica y aplicada

• Investigar la física del cáncer asociada con los efectos producidos por la radiación ionizante y los fenómenos físicos del incremento de la permeabilidad y retención del tejido endotelial.

• Optimizar los procedimientos médicos convencionales para de-tección y terapias biomédicas y oncológicas mediante el uso de sistemas nanoestructurados que incrementen la especificidad en las biomágenes y la dosis local en tejidos cancerosos.

• Investigación teórica y experimental auxiliada mediante métodos computacionales para lograr comprender los fenómenos funda-mentales que nos permitan diseñar racionalmente nanodispositivos


nuevos social y económicamente relevantes, tales como nanofiltros, membranas para desalinización, nanocatalizadores, entre otros.

II. Innovación tecnológica y desarrollo de productos tecnológicos de alto valor agregado

• Diseñar nanoplataformas biofuncionales para aplicaciones te-ranósticas relacionadas con la detección temprana de cáncer, imagenología de alta resolución y administración específica y controlada de fármacos.

• Desarrollar nuevos nano marcadores y nano biosensores para la evaluación de procesos fisiológicos celulares, a partir de mate-riales convencionales.

• Desarrollar materiales de contraste nanoestructurados para de-limitar el margen tumoral.

III. Academia y extensión

• Formación de recursos humanos muy especializados para la aplicación y manejo de las técnicas asociadas con la detección temprana de cáncer, tratamientos de ablación fototérmica y ra-diofrecuencia, radioterapia asistida con nanopartículas biofuncio-nalizadas y la administración específica y controlada de fármacos usando sistemas nanoestructurados.

• Establecimiento de una unidad académica, en alianza estratégica con el sector salud público y privado, con el objeto de establecer la especialidad médica en nanomedicina con énfasis en métodos hipertérmicos para el tratamiento del cáncer, métodos radiote-rapéuticos mediante nanotecnologías capaces de incremen tar la dosis local conjuntamente con la disminución de la dosis sumi-nistrada al paciente y métodos imagenológicos basados en plata-formas nanoestructuradas adecuadas para la detección temprana del cáncer.

Es importante mencionar que ya existen nanotecnologías apropiadas para el tratamiento del cáncer mediante nanopartículas excitadas con luz IR o campos electromagnéticos de RF. Algunas de estas tecno-logías han logrado la aprobación europea para uso médico, como en el caso de la empresa MagForce, que comercializa un sistema


integral de ablación térmica de nanopartículas magnéticas de hierro y excitación mediante RF. El costo del sistema es de un millón de euros; sin embargo, el costo de fabricación es muy bajo toda vez que se basa en sistemas de mecánica y electrónica de uso común. Otros métodos de ablación térmica en US, por ejemplo Nanospectra que utiliza nanoesferas huecas de Au, se encuentran en la etapa clínica y es cuestión de un par de años para que dicha tecnología esté dispo-nible comercialmente.

Además, es pertinente indicar que en la región no existen cen-tros de investigación dedicados a realizar proyectos de innovación nanotecnológica en las áreas de medio ambiente y salud. La presente propuesta de crear el CIIN contempla la resolución de problemas sociales de gran magnitud, en la que participen empresas, gobierno, instituciones de educación y centros públicos y privados de la región.

COSTO DEL PROYECTO DE CREACIÓN DEL CIIN

El proyecto prevé un costo aproximado de 265 millones de pesos, de los cuales, 110 millones son para obra pública, 19 millones para mo-biliario y equipo de laboratorios y cinco millones para gasto corriente. Se estima que en equipamiento se invertirán 130 millones de pesos. El costo del proyecto toma en cuenta que se utilizaría la infraestructura física y humana disponible actualmente en los centros de investiga-ción de la Universidad de Sonora. Se estima que se requiere de una inversión inicial de 50 millones de pesos para iniciar algunos proyectos de interés particular para el ecosistema regional en el sector salud, y que actualmente se encuentran en la etapa de diseño y planificación.

REFLEXIONES FINALES

La característica esencial del CIIN es que sus actividades de investi-gación e innovación estarán concentradas en la ciencia a nanoescala


y la ingeniería integral enfocadas al diseño de nuevos productos y dispositivos nanotecnológicos de uso fundamental en ecosistemas socioeconómicos relacionados con la salud, el medio ambiente y la energía. El modelo se identifica con el de un centro regional de inves-tigación e innovación, acorde con las políticas científicas establecidas por el gobierno mexicano a través del Conacyt, con gran efecto en el desarrollo de proyectos de investigación e innovación, y en armoniosa colaboración de los sectores académico, empresarial y gubernamental (Cabrero, Valadés y López Ayllón, 2006; Anzaldo, Chauvet y Maldo-nado, 2014).

La capacidad de infraestructura física y de recursos humanos con que cuenta la Universidad de Sonora, además de las acciones recientemente implementadas mediante proyectos de transferencia de conocimientos y vinculación con el sector salud, público y privado, permiten prever el desarrollo oportuno de proyectos de investigación e innovación relacionados con el diseño y fabricación de nanodispo-sitivos médicos de alto valor clínico y comercial.

Por ejemplo, en el mediano plazo sería posible desarrollar un dis-positivo médico para aplicaciones en radioterapia asistida, mediante nanoplataformas con base en óxidos cristalinos y metálicos de alto número atómico. Esto incrementaría la eficiencia de los sistemas de radioterapia, al mismo tiempo que reduciría el daño al tejido sano expuesto a radiación ionizante, debido a la localización de las nano-partículas en las áreas tumorales, y al efecto de incremento local de dosis como consecuencia de la radiación secundaria asociada con la interacción de la radiación con las nanopartículas de alto índice Z.

En la misma dirección, las nanopartículas adecuadamente funcio-nalizadas con anticuerpos o proteínas específicas podrían proveer un auxiliar imagenológico, y ser al mismo tiempo un medio para causar la ablación hipertérmica del área tumoral a través de excitación IR/RF.

Es importante enfatizar que el costo de adquirir un sistema co-mercial de terapia hipertérmica para el tratamiento de glioblastoma, con base en nanopartículas de óxido de fierro y excitación RF, de la empresa europea MagForce, es superior al millón de euros. Lo anterior


indica que el desarrollo propio de un dispositivo médico para trata-miento hipertérmico es muy recomendable y 100% viable debido a que contamos con conocimiento acumulado en física de radiaciones, interacción radiación-materia, síntesis y funcionalización de plata-formas nanoestructuradas y altos niveles en diseño y fabricación en diversas ramas de la ingeniería.

Otra de las líneas de investigación e innovación que es viable de-sarrollar, consiste en la utilización de plataformas nanoestructuradas, con posibilidad de excitación/emisión en la ventana biológica, para la detección temprana del cáncer, es decir, en la etapa de angiogénesis, lo cual implicaría simultáneamente visualizar unas cuantas células afectadas de cáncer, identificarlas y tratarlas mediante procesos ra-dioterapéuticos o hipertérmicos, que corresponden a procedimientos teranósticos.

REFERENCIAS

Anzaldo, M., Chauvet, M. y Maldonado, L.A. (2014). "Fondos Públicos para la Investiga-ción en Nanotecnología en México y el Cambio de Paradigma de la Política de CTI". Interciencia, 31 (1), 8-15.

Cabrero, E., Valadés, D. y López-Ayllón, S. (Eds.). (2006). El Diseño Institucional de la Po-lítica de Ciencia y Tecnología en México. México: CIDE/IIJ-UNAM.

Centro de Investigación en Materiales Avanzados (Cimav), Secretaría de Economía y Fun-tec, A.C. (2008). Diagnóstico y prospectiva de la nanotecnología en México. Recuperado de: www.nanored.org.mx/documentos/diagnostico

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GEOPOLÍTICA E INNOVACIÓN: LA NANOCIENCIA Y LA NANOTECNOLOGÍA EN MÉXICO

Víctor M. Castaño* y David Fajardo Ortíz**

GEOPOLÍTICA Y TOMA DE DECISIONES

La geopolítica es “la ciencia que a través de la geografía política, los es-tudios regionales y la historia, se ocupa de la causalidad espacial de los sucesos políticos y sus futuros efectos” o, en otras palabras, permite entender, desde una visión global (espacial y temporalmente hablando) los orígenes de los aparentemente incomprensibles fenómenos mun-diales contemporáneos, como la crisis en Ucrania, los conflictos en Oriente Medio o la presencia de los Zetas en el golfo de México y, aún más relevante, cómo esos incidentes “aislados”, que pueden parecer lejanos, llegarán a afectar una decisión política, económica, social, o inclusive tecnológica, en cualquier lugar del orbe y, así, tomar las decisiones pertinentes (Grygiel, 2006; Friedman, 2010).

La “teoría del mundo pequeño” (Travers y Milgram, 1969; Glad-well, 2000) reafirma la increíble conectividad que personas, sucesos y locaciones geográficas generan y modifican constantemente, me-diante redes dinámicas en muy variadas áreas del conocimiento y el

* Centro de Física Aplicada y Tecnología Avanzada, Universidad Nacional Autó-noma de México. Centro de Tecnología Avanzada.

** Doctorado en ciencias médicas, odontológicas y de la salud, Universidad Nacional Autónoma de México.


desarrollo económico (Castaño y Lara, 1996; Ruiz G., J.L., Castaño, Zagal, Ruiz G., J., García y Ruiz R., 2010; Castaño, 2005).

Desde el punto de vista de planeación y toma de decisiones, la geopolítica es muy relevante ya que permite generar una visión, que conduce a pasar de un escenario de “futuro obligado” a uno de “futuro deseado”, que permita a un país, una sociedad o a una empresa, dise-ñar no solo a dónde quiere llegar, sino cómo y cuándo. La geopolítica, en resumen, representa una poderosa arma de planeación y toma de decisiones, global e históricamente fundamentada.

CIENCIA, TECNOLOGÍA E INNOVACIÓN EN LA GEOPOLÍTICA DEL SIGLO XXI

La geopolítica moderna nace, como ciencia, hacia finales del siglo XIX; coincide, de forma por demás interesante, con el surgimiento de la ciencia y la tecnología como motores del desarrollo económico, fenómeno que se había iniciado con la Revolución Industrial. El siglo XX fue, así, testigo tanto de un ingente crecimiento de la ciencia y la tecnología, sin precedente en la historia de la humanidad, como de cambios geopolíticos también inéditos.

La situación 100 años después, en este principio del siglo XXI, ha evolucionado de tal forma que no existe duda sobre el papel que la ciencia y la tecnología desempeñan en las sociedades modernas, sino en cómo aterrizar esos conocimientos y desarrollos en beneficios co-lectivos. La innovación es el concepto que está ya tomando un papel preponderante como el agente del cambio.

La figura 1 ilustra de una manera necesariamente simplificada, cómo la prosperidad de un país que se precie de moderno y competiti-vo, debe descansar no solo en la ciencia y en la tecnología, sino, y muy acentuadamente, en la innovación. Lo más importante, empero, es comprender con claridad que ciencia, tecnología e innovación tienen motivaciones y metas muy diferentes, e intentar juzgar a alguna de ellas con los criterios de las otras, no solo resulta inútil, sino peligroso, ya que, como se muestra en la figura, la innovación, contrariamente

49GEOPOLÍTICA E INNOVACIÓN: LA NANOCIENCIA Y LA NANOTECNOLOGÍA EN MÉXICO

a la ciencia y la tecnología, no contiene al conocimiento como un objetivo sustancial, sino al liderazgo, en cualquiera de sus vertientes.

Un último elemento, ilustrado en la figura 1, que vale la pena re-marcar es que se debe crear, para la articulación correcta del triciclo ciencia-tecnología-innovación, una figura diferente a la del científico y a la del tecnólogo: la del buscador de conocimiento, individuo con una visión no necesariamente técnica, sino geopolítica.

Figura 1. Ciencia vs tecnología vs innovación

INNOVACIÓN VS INNOVACIÓN CERRADA

Si bien el término “innovación” se ha convertido hoy en día casi en un cliché en la toma de decisiones geopolíticas, la realidad es que conti-núa representando un concepto clave que constantemente se renueva. En efecto, la innovación, como estrategia de desarrollo, forma ya parte de los esquemas macroeconómicos mundiales y hay un enorme interés por la generación de modelos alternativos de innovación. Uno de esos modelos, que está adquiriendo gran importancia en fechas recientes,


es el de “innovación abierta” (Chesbrough, 2003), en contraste con la innovación tradicional, que sería “cerrada”.

La diferencia primordial en la innovación abierta es que considera que lo fundamental no es generar internamente la innovación del sector de mercado donde se opere, sino en tener acceso a ella, a través de convenios, alianzas, joint ventures y todo el tipo de asociación en redes que se pueda imaginar. La filosofía básica es que no necesitamos poseer todo el talento, pero sí tener acceso a él, dondequiera que se encuentre. Esto, aparentemente muy simple, está representando una revolución en el campo de los negocios, la inteligencia tecnológica y la toma de decisiones.

En particular, la innovación abierta recalca la importancia de con-tar, más que con activos materiales (edificios, equipos, recursos hu-manos y materiales, etc.), con redes altamente dinámicas y accesibles que posibiliten el acceso a los recursos, donde estos se hallen. Lo rele-vante, entonces, no es necesariamente crear hardware, sino inventar un software que articule los recursos de manera eficiente y abierta.

EL PROYECTO LOCAL INNOVATION SYSTEMS (LIS)

En este tenor, hace alrededor de una década, el Massachusetts Ins-titute of Technology (MIT) creó un interesante programa LIS (Local Innovation Systems, s/f) con base en los elementos que se han bos-quejado en los párrafos anteriores, con una vertiente de desarrollo regional. Las preguntas básicas que se plantea este programa son:

1. ¿Cuál es el papel que la innovación juega en el impulso a la compe-titividad y el desarrollo regionales?

2. ¿Cómo las Instituciones de Educación Superior (IES) y los Centros Públicos de Investigación (CPI) pueden promover las capacidades regionales de innovación?

El LIS incluye IES y CPI de Estados Unidos, Finlandia, Inglaterra, Japón, Taiwan y Noruega, que han derribado varios mitos asociados con la


relación academia-industria: primero, el que las IES y lo CPI no tienen, en la práctica, significado económico, más que en las economías muy desarrolladas. Segundo mito, muy popular: que el licenciamiento de patentes es el mecanismo para que las IES y los CPI logren impacto económico. El tercer mito: que la transferencia de tecnología de la academia a la industria se da, preferentemente, mediante instrumen-tos de protección de propiedad intelectual.

Como contrapropuesta a estos mitos, el LIS plantea cuatro accio-nes que han demostrado, al menos en su caso, efectividad económica: la educación (con énfasis en competencias), la generación de espacios (físicos y virtuales), la resolución de problemas propuestos por y para la industria, y la constitución de reservorios de conocimiento. La instrumentación de estas acciones llevó al MIT a crear otra depen-dencia, muy exitosa también, el Industrial Performance Center (s/f), que realiza cuatro labores específicas:

1. Creación local de nuevas industrias2. Trasplante de industrias de otras regiones a la localidad3. Diversificación de industrias locales4. Modernización de industrias maduras

LA NANOCIENCIA Y LA NANOTECNOLOGÍA EN MÉXICO

A partir de estos elementos teóricos cabe reflexionar sobre la per-tinencia de establecer un Centro de Investigación e Innovación en Nanociencias en México. El primer punto por remarcar es el riesgo de adoptar decisiones basadas en datos aislados, como el número de empresas que producen nanotecnología en el país, cuántos investi-gadores se declaran nanotecnólogos, las naciones que están creando centros similares, entre otros.

Un paso tan potencialmente importante debe fundamentarse en un análisis geopolítico lo más completo posible, para lo cual una herramienta interesante son los roadmaps tecnológicos (Helwegen y Escoffier, 2013), cuya efectividad ha sido probada en varios casos


exitosos de planeación de desarrollo tecnológico nacional y regional en diversos campos del conocimiento (Jeffrey, Sedgwick y Robinson, 2013).

La segunda lección que recordar es que, además del hardware, un Sistema Nacional de Innovación (SNI) (Castaño y Rangel, 2010; Rincón, 2004), de preferencia “abierta” (Chesbrough, 2003; Castaño y Rangel, 2010) debe asegurar la disponibilidad del software que logre instrumentar los recursos que se están poniendo en juego. Adicional-mente, los criterios de evaluación, como se discutió en una sección anterior de este artículo, deben ser diferentes para ciencia, tecno-logía e innovación, lo que conduce, obligadamente, a la creación de instrumentos de medición pertinentes para cada caso. Otro aspecto importante que considerar es el de la gobernanza de la nanotecnolo-gía, desde una perspectiva global (Anzaldo, Chauvet y Maldonado, 2014) y cómo se pueden generar redes de conocimiento ligadas a redes de innovación, lo que no es siempre el caso (Fajardo, Ochoa, García y Castaño, 2014).

Finalmente, los perfiles de los innovadores, como se intentó ilus-trar en la figura 1, implican competencias que ni un tecnólogo ni un científico poseen y que, más que añadir presión a las evaluaciones de los actuales actores del SNI, significa articular redes y nubes de colaboración y competitividad. La cuestión, en una palabra, no es qué, sino cómo.

REFERENCIAS

Anzaldo, M., Chauvet, M. y Maldonado, L. (2014). "Fondos públicos para la investigación en nanotecnologías en México y el cambio de paradigma de la política de CTI". Inter-ciencia 39 (8).

Castaño, V.M. y Lara, G. (1996). Organización de redes regionales de información cientí-fica y tecnológica. En: Rodríguez, S., Camarena, M. y Serrano, J. (Eds.). El desarrollo regional en México. Colección: La Región Hoy, 1 (49).

Castaño, V.M. (2005). "UNIDO y las redes de tecnología emergente". Evolución Empresa-rial Coparmex 11, 16.


Castaño, V.M. y Rangel, A.C. (2010). "La administración de la tecnología. Parte 1". Seren-dipia 14 (13).

Chesbrough, H.W. (2003). Open Innovation: The new imperative for creating and profiting from technology. Boston: Harvard Business School Press.

Dijksterhuis, A. (2004). "Think different: The merits of unconscious thought in preferen-ce development and decision making". Journal of Personality and Social Psychology 87, 586-598.

Dodds, P.S., Muhamad, R. y Watts, D.J. (2003). "An Experimental Study of Search in Glo-bal Social Networks". Science 301, 827-829.

Fajardo, D., Ochoa, H., García, L. y Castaño, V.M. (2014). "La traducción del conocimiento en cáncer cervico-uterino: ¿Una brecha entre la investigación sobre las causas y la in-vestigación sobre la atención al paciente?" Reports Public Health 30, 415.

Friedman, G. (2010). The Next 100 Years. New York: Anchor Books.Gladwell, M. (2000). The Law of the Few. The Tipping Point. Boston, London, New York:

Little Brown and Company.Grygiel, J.J. (2006). Great Powers and Geopolitical Change. Baltimore: Johns Hopkins Uni-

versity Press.Helwegen, W. y Escoffier, L. (Eds.). (2013). Nanotechnology Commercialization for Mana-

gers and Scientists. Florida: Pan Stanford Publishing Industrial Performance Center (s/f). Recuperado de: http://ipc.mit.edu/

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agroindustriales de aprendizaje en la región poniente del Estado de México: caso IIIDEA. En: Arras, A. y Hernández, O. (Eds.). Administración, agrotecnología y redes del conocimiento. Cap. 16, 121. Pearson Publishing.

Rincón, E.L. (2004). "El Sistema Nacional de Innovación: Un análisis teórico-conceptual". Opinión 20, 94-117.

55

DESARROLLO DEL CENTRO DE NANOCIENCIAS Y NANOTECNOLOGÍA DE LA UNAM EN ENSENADA

Sergio Fuentes Moyado*

En los últimos ocho años se llevó a cabo la transformación del Cen-tro de Ciencias de la Materia Condensada en el actual Centro de Nanociencias y Nanotecnología, en el campus Ensenada de la Uni-versidad Nacional Autónoma de México (UNAM). El propósito fue incrementar la participación de los investigadores del Centro en el área de nanociencias y sus aplicaciones en nanotecnología, así como formar recursos humanos especializados en la solución de problemas nacionales y en la divulgación del conocimiento. Este desarrollo fue motivado por el gran potencial de esta nueva área del conocimiento, para llevar a cabo cambios en la manera de vivir del ser humano en este siglo XXI.

La visión que condujo esta transformación fue constituir un eje importante para la integración de un polo de desarrollo en nanocien-cias y nanotecnología en la región noroeste, ya que reúne característi-cas propicias para el desarrollo de nuevas nanotecnologías. Existen los grupos de investigación consolidados, las empresas de alta tecnología y las universidades capacitadas.

Para llevar a cabo esta propuesta, se trazó un plan de desarrollo con estrategias y acciones basadas en el fomento y aplicación del co-nocimiento:

* Centro de Nanociencias y Nanotecnología, Universidad Nacional Autónoma de México.


• Investigación científica y desarrollo académico • Formación de recursos humanos• Vinculación y desarrollo tecnológico• Reformas administrativas• Divulgación de la ciencia y difusión de la cultura

Algunas estrategias fueron:

• Adquisición de equipo competitivo y renovación del actual (TEM, SEM, DRX, STM, AFM y XPS)

• Construcción de un nuevo edificio de 5 100 m2

• Creación de nuevos laboratorios:

> Laboratorio de nanocaracterización > Laboratorio de nanofabricación > Laboratorio de bionanotecnología > Laboratorio de procesamiento de hidrocarburos

• Incorporación de un grupo de biotecnología• Incremento en la productividad y en la calidad de la producción

científica• Promoción de la movilidad académica y estudiantil• Implementación de la licenciatura en Nanotecnología• Mejoramiento en el desarrollo de los posgrados• Implementación del perfil del académico y estudiantil 2020• Integración de la licenciatura al posgrado y la orientación de los

estudiantes en la continuidad de su carrera

ANTECEDENTES

Los antecedentes del actual Centro de Nanociencias y Nanotecnología se remontan a la creación del Laboratorio de Ensenada del Instituto de Física (LEIF), aprobado por el entonces rector de la UNAM, el doctor Guillermo Soberón Acevedo, el 9 de noviembre de 1979. Los primeros investigadores en ubicarse en el LEIF fueron los doctores Leonel S. Cota Araiza y Leonardo Morales de la Garza, así como el técnico José Pernas.

El primer edificio fue inaugurado en 1984. Los primeros equipos instalados fueron el microscopio electrónico de transmisión de alta

57DESARROLLO DEL CENTRO DE NANOCIENCIAS Y NANOTECNOLOGÍA DE LA UNAM EN ENSENADA

resolución (HRTEM), el espectrómetro de fotoelectrones de rayos X (XPS), el espectrómetro de electrones de baja energía (LEED) y un mi-croscopio de barrido con espectroscopia Auger (SAM).

La cercanía del LEIF respecto de la frontera fue favorable para el mantenimiento de los equipos de alta tecnología. Se establecieron colaboraciones con universidades de los estados de California, Ari-zona y Texas. Por el lado mexicano se desarrollaron colaboraciones con la Universidad Autónoma de Baja California (UABC), a través de las facultades de Ciencias e Ingeniería, en Ensenada; y de la Facultad de Química, en Tijuana.

Tambien colaboró con el Instituto Tecnológico de Tijuana, par-ticularmente con el Centro de Graduados e Investigación. En 1984 se formó el Posgrado en Física de Materiales (PFM), en colaboración con el Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE), el cual es el posgrado que mayor número de recursos humanos ha formado en relación con el estudio de los ma-teriales en el país.

CREACIÓN DEL CCMC

El Centro de Ciencias de la Materia Condensada (CCMC) se creó el 2 de diciembre de 1997, con el objetivo general de realizar investigación científica de excelencia, tanto teórica como experimental, básica y orientada a la aplicación tecnológica, en temas de frontera en el campo de las ciencias de la materia condensada. Las principales contribu-ciones científicas del CCMC se relacionaron con el estudio teórico y experimental de nuevos materiales, los métodos de síntesis, la carac-terización de su estructura y la determinación de sus propiedades. En los últimos años las investigaciones se dirigieron al estudio teórico y experimental de los nanomateriales. Finalmente, las investigaciones hicieron énfasis en aquellos nanomateriales que generan aplicaciones innovadoras.


CREACIÓN DEL CNYN

El Centro de Nanociencias y Nanotecnología se creó en marzo de 2008, como reconocimiento a la trayectoria del centro en la investiga-ción de las propiedades de los materiales a nanoescala. Con este cam-bio de denominación se cumplió la demanda del personal aca démico de crear un centro dedicado al estudio teórico-experimental de los fenómenos que ocurren en los materiales con arreglos de átomos de baja dimensionalidad.

Misión y objetivo del CNYN

El objetivo general es realizar investigación científica de excelencia, tanto teórica como experimental, básica y orientada a la aplicación tecnológica, en temas de frontera en el campo de la nanociencia. Asimismo, se educa de manera multidisciplinaria a los jóvenes que desean ser profesionistas o investigadores y se establecen vínculos con el entorno. También se participa activamente en la divulgación de la nanotecnología.

Estructura de investigación

La estructura de investigación científica del CNyN se basa en la inte-gración de grupos de investigación en seis departamentos. De 2008 a la fecha se actualizaron las líneas de investigación, se promovió la colaboración entre teóricos y experimentales y se creó un nuevo departamento (Bionanotecnología). Los seis departamentos confor-mados actualmente son los siguientes:

• Física teórica. Estudia las propiedades de transporte de carga y espín en arreglos de puntos cuánticos, nanotubos de carbón y grafeno. Investiga el control cuántico de estos sistemas a través de los efectos de interacciones (espín-órbita, hiperfina) en


los tiempos de decoherencia, así como las propiedades de en-trelazamiento para aplicaciones en computación cuántica. También estudia las propiedades ópticas (espectros de emisión y absorción) de estos sistemas para explorar sus posibilidades como emisores y detectores de radiación de altas frecuencias, así como la interacción entre plasmones de superficie en nano-partículas metálicas y la radiación electromagnética. Asimismo se realizan cálculos de primeros principios de la estructura elec-trónica de materiales.

• Fisicoquímica de nanomateriales. El principal objetivo de este de-partamento es la investigación y elaboración de materiales nove-dosos con potencial aplicación tecnológica, particularmente en forma de películas delgadas y nanopartículas. Realiza estudios teóricos y experimentales de las propiedades físicas y químicas de nitruros y óxidos de metales de transición, materiales lumi-niscentes, metalización de ADN, superconductores, cúmulos de oro y plata, catalizadores, grafeno y aceros, entre otros materiales.

• Nanocatálisis. Investiga catalizadores sólidos a nanoescala con el objeto de poder entender sus propiedades y optimizar-las para buscar su aplicación en los procesos catalíticos. En este departamento se preparan soportes y catalizadores por técni cas de pre cipitación, co precipitación, sol-gel, impregnación, depósito-precipitación, intercambio iónico; también se carac-terizan mediante técnicas de adsorción (BET-N2, NH3), termo-desorción (TGA, TPD, TPR) y espectroscópicas (FTIR, UV-vis, Raman). Asimismo se evalúan las propiedades catalíticas en microrreactores de flujo contínuo y en reactores de agitación por lotes, en reacciones de hidrodesulfuración, hidrogenación, isomerización y síntesis de hidrocarburos. Se busca aplicar el conocimiento para desarrollar prototipos escalables a escala in-dustrial en protección al medio ambiente, producción de com-bustibles de ultra bajo azufre y química fina.

• Nanoestructuras. El Departamento de Nanoestructuras fabrica y/o caracteriza materiales nanoestructurados y estudia y realiza modelamiento teórico, por medio de métodos ab initio de super-ficies y materiales con dimensiones nanométricas, con posibles aplicaciones en campos como catálisis, recubrimientos duros, luminiscencia y celdas de combustible, entre otros. Para lograr-lo ha conjuntado un grupo de investigadores que cubre todos los aspectos básicos en este campo.

• Materiales avanzados. Realiza investigación básica sobre el estu-dio de la interacción luz-materia, las propiedades ópticas de los


materiales, así como el desarrollo y estudio de nuevos materia-les multiferroicos de frontera (ferroeléctricos, piezoeléctricos, piroeléctricos, magnetoeléctricos) en el campo de las cerámicas y las películas delgadas que contribuyan a la concepción de nue-vos dispositivos de aplicación en la tecnología actual (capacito-res, sensores, actuadores y transductores), así como en la naciente nanotecnología (memorias de acceso aleatorio de múltiples es-tados, espintrónica, nano-optoelectrónica y nanoelectrónica de efecto de campo eléctrico/magnético, junturas túnel, entre otras aplicaciones).

• Bionanotecnología. En este grupo se estudia la combinación de las propiedades de los sistemas biológicos y de los materiales a escala nanométrica para convertir y transportar la energía, sinte-tizar compuestos orgánicos específicos, sintetizar macromolécu-las, almacenar información, reconocer, detectar, señalizar, mover, autoensamblar y reproducir. También se genera conocimiento, tec - nología y recursos humanos en los campos de conocimiento de nanobiocatálisis, nanomedicina, biomateriales nanoestructura-dos y fábricas celulares.


El CNyN forma recursos humanos de licenciatura y posgrado. En total se encuentran inscritos cerca de 150 estudiantes, la tercera parte de licenciatura y los demás en los tres posgrados que se imparten. Anualmente se gradúan entre 20 y 30 estudiantes, la mayoría de maestría.

La licenciatura en Nanotecnología se creó en 2011; actualmente se han inscrito tres generaciones. En ella se imparte una educación multidisciplinaria; fue la primera licenciatura de la UNAM en la cual se imparten conjuntamente las materias básicas de matemáticas, física, química y biología. En ella se incluyen también materias del área social y de las ingenierías. Fue de las primeras en la UNAM en incluir cursos de inglés.

El CNyN ofrece tres posgrados: el de Física de Materiales en co-laboración con el CICESE y los de Ciencia e Ingeniería de Materiales y Ciencias Físicas, de la UNAM. El de Física de Materiales está en


proceso de convertirse en el Posgrado en Nanociencias e integrarse con la licenciatura de una manera armonizada.

LOGROS PRINCIPALES

Entre los principales logros obtenidos en los años de desarrollo del CNyN se pueden mencionar los siguientes:

• El cambio en la denominación• Construcción del nuevo edificio• Creación de la licenciatura en Nanotecnología• Creación de los laboratorios de nanocaracterización, bionano-

tecnología y procesamiento de combustibles• El proyecto en desarrollo del laboratorio de nanofabricación• Productividad constante• Aumento en la calidad de las revistas, el factor de impacto pro-

medio y el número de citas• Incremento en el número de estudiantes inscritos y graduados• Incremento en la planta académica y administrativa• Implementación del programa de Gestión de Calidad• Participación muy importante en divulgación• Aumento en las actividades de vinculación con empresas• Participación en grandes proyectos• Logros destacados en la solución de problemas nacionales

CONCLUSIÓN

El desarrollo del CNyN en el campus Ensenada de la UNAM ha sido exitoso: se crearon nuevos laboratorios de investigación con equipos de última generación; se reunió a investigadores del área de biotecno-logía con los de nanotecnología: se fomenta así la colaboración entre teóricos y experimentales, formando estudiantes de licenciatura y posgrado y divulgando el conocimiento a la sociedad. Este desarrollo del CNyN lo ubica como el eje para la creación de un polo de desa-rrollo en nanociencias y nanotecnología en la región noroeste, que contribuya a generar tecnología basada en el conocimiento, en el nivel


de la nanoescala. Esto puede coadyuvar a elevar la competitividad de la región.

63

LA MECÁNICA CUÁNTICA Y LA INTERDISCIPLINA

José Luis Lucio Martínez*

INTRODUCCIÓN

Este texto es resultado de la reflexión personal y discusión con el grupo local, además de consultas informales con un limitado número de colegas que trabajan en el país. No se pretende ser exhaustivo, ni en la revisión de los temas que se tratarán, ni en las referencias.

En la primera parte del texto se mencionan las características más sobresalientes que hacen de la mecánica cuántica (MC) –que si bien tiene alrededor de un siglo de edad– un tema que de manera inesperada tiene un papel relevante en otras disciplinas; o bien su metodología es exportada para enriquecer la perspectiva con la que se analizan problemas de otras áreas y, de esta manera, marca algunas de las tendencias actuales en la investigación.

En este contexto se vuelve relevante la pluralidad de perspectivas en la investigación y la motivación para abordar la relación de la MC con la información, la comunicación y con la biología. El desarrollo en cada caso es muy diferente: mientras que la relevancia de las carac-terísticas o de los métodos de la MC en información y comunicación es evidente y está en proceso de desarrollo la tecnología asociada, en lo que respecta a la biología existe evidencia experimental de efectos cuánticos, sin embargo el alcance de su relevancia aún está por verse.



Probablemente el primero que habló de mecánica cuántica en el contexto de la biología fue Schrödinger (1943), quien enfatizó la im - posibilidad de interpretar la vida en términos únicamente de la física clásica y concluyó la necesidad de involucrar los principios de la MC. Después de una extensa y educada reflexión sobre ese tema, Schrö-dinger expresa, de manera figurativa, su conclusión: “la teoría de mutaciones es la teoría cuántica de la biología”.

CONTEXTO

La MC nace en los inicios del siglo XX, y para mediados de siglo re-presenta ya un formalismo matemático con el que es posible obtener predicciones de alta precisión que son confirmadas por los resultados experimentales. Sin embargo, no existe consenso sobre la forma en que deben interpretarse diversos conceptos involucrados en la teoría, y para un amplio sector de investigadores aún quedan sin respuesta preguntas fundamentales relativas a la realidad que subyace en las ecuaciones de la MC.

Estas preguntas han marcado un extraordinario resurgimiento de la MC en los últimos años y el ímpetu podría ubicarse en la paradoja de Einstein-Podolsky-Rosen (1935), si bien lo que verdaderamente ha causado una explosión es el trabajo de J. Bell (1964). Allí se establecen bases sólidas para determinar si la MC es una descripción completa de la realidad, o si es una teoría no-local. Otro mérito de Bell es que llamó la atención de la comunidad sobre la importancia de los con-ceptos de enredamiento y de información.

Los siguientes son algunos aspectos distintivos de esta teoría:

1. La MC nace como respuesta a la descripción del mundo en el nivel atómico y durante la mayor parte del siglo xx, ese se identifica como su dominio de relevancia.

2. Las partículas (objetos masivos) se comportan como ondas y recí-procamente las ondas se comportan como partículas, es decir, en la MC existe un comportamiento dual, de partícula y de onda. La

65LA MECÁNICA CUÁNTICA Y LA INTER-DISCIPLINA

naturaleza cuántica incluye, de manera natural, el fenómeno de in-terferencia.

3. Se habla de decoherencia (Zurek, 1991 y 2003), cuando la interac-ción de un sistema con el medio suprime la interferencia. La deco-herencia evita que los efectos cuánticos sean observados a escala macroscópica.

4. La descripción de sistemas cuánticos se hace en términos de la am-plitud de probabilidad φ. Se postula que al realizar una medición se obtiene un resultado con una probabilidad | φ |2, pero no tiene sen-tido preguntarse si el sistema ya estaba en ese estado antes de rea-lizar la medición.

5. La MC es una teoría lineal que cumple el principio de superposi-ción, que establece que si φ y φ describen estados de un sistema dado, entonces cualquier superposición lineal de ellas también lo puede describir.

6. En general, dado el estado del sistema compuesto, que interactuó en un momento dado, los subsistemas no tienen asignado ningún estado, o los estados asignados no determinan el estado del siste-ma compuesto.

Como consecuencia del principio de superposición, el estado del sistema compuesto no está unívocamente definido por los estados de los subsistemas.

Este es el caso de los estados enredados (Schrödinger, 1936), es-tados que no son factorizables, es decir, estados que no se pueden escribir como el producto del estado del sistema φ por el estado del sistema φ. El enredamiento es un recurso, como lo es la energía. El enredamiento tiene un papel central en la implementación de tareas que es imposible realizar con sistemas clásicos tales como la telepor-tación y los algoritmos cuánticos. También puede servir como un canal de comunicación.

Es natural preguntarse hasta dónde se manifiestan estos efectos, es decir, cuáles son los objetos de mayor masa o tamaño que sufren el fenómeno de interferencia. El condensado Bose-Einstein es un fe-nómeno cuántico macroscópico que ocurre a temperaturas cercanas al cero absoluto. En condiciones extremas de diferente naturaleza (ultra alto vacío) se ha demostrado la coherencia cuántica de sistemas complejos, por ejemplo de la biomolécula tetraphenylporphyrin y del


fullereno fluorinado C60F48 (108 átomos y 1632 amu) (Hackermüller et al., 2003; Hornberger, Gerlich, Haslinger, Nimmrichter y Arndt, 2012).

Hace un par de años, se logró el enredamiento, a temperatura ambiente, de dos diamantes, de aproximadamente 3 mm de ancho, separados 15 cm (Lee et al., 2011). Esto es sorprendente dado que se trata de objetos macroscópicos, a distancias aun mayores y en condi-ciones de medio ambiente. En este caso, la condición extrema radica en que todo el proceso –desde que se crea el enredamiento hasta que se detecta– dura apenas 0.35 ps (35x10-14 segundos). Es necesario que todo sea tan rápido porque en los diamantes la decoherencia se manifiesta en apenas 7 ps.

ALGUNAS TENDENCIAS ACTUALES EN EL MUNDO

Información cuántica (IC)

El valor del concepto de energía radica en que es aplicable a una va-riedad de sistemas físicos y en que su propio origen permite entender su transformación y transferencia. Análogamente la información se materializa en diferentes sistemas y existe una traducción única entre las diferentes formas. La universalidad del concepto de información y la factibilidad de su medición precisa dan muestra de su utilidad. A pesar de que la información es física, que su creación, transmisión y procesamiento se realizan por medios físicos, que es un concepto relevante en la descripción de la naturaleza, en la ingeniería y la tec-nología, la información ha sido un tema desarrollado por matemáticos y por investigadores del área de ciencias de la computación.

La carrera por la miniaturización y la dificultad de disipar energía ha impulsado el interés por caracterizar la naturaleza física de la infor-mación, en especial en el régimen descrito por la MC. Características relevantes de la IC son, por una parte, su traslape con aspectos básicos de la física y por otra, su alto potencial de impacto en el desarrollo tecnológico. Se prevé que el avance de esta área tendrá efecto en temas


tan variados como la imagenología, la metrología, la seguridad (Sca-rini, Bechmann, Cerf, Dusek, Lütkenhaus y Peev, 2009) y la compu-tación (Preskill, S/a), entre otras. De hecho, en América del Norte y Europa empieza a reflejarse en el ámbito comercial (computadoras cuánticas y sistemas de criptografía).

En otros países hay una intensa actividad de investigación y desarro-llo en esta área, que abarca diversos sistemas cuánticos (núcleos RMN, átomos, puntos cuánticos, luz). Los temas van desde aspectos básicos que permiten demostrar principios (se incluyen aquí la generación, control y manejo de diversos estados cuánticos y la cuantificación del enredamiento), hasta desarrollos comerciales con la tecnología dispo-nible. Entre los temas importantes podemos mencionar la interfase entre luz y materia, el desarrollo de memorias cuánticas, el desarrollo de sistemas de información integrados, entre otros.

Dado que el enredamiento es un recurso, es evidente la impor-tancia de producir estados enredados y de medir el grado de enre-damiento de un sistema. En este tema, las siguientes son áreas de oportunidad para nuestra comunidad:

1. Desarrollo, producción, caracterización, manipulación y uso de sis-temas cuánticos.

2. Investigación sobre las formas en que la naturaleza permite que la información se exprese, se manipule, y entender cómo controlar los elusivos sistemas cuánticos.

3. Diseño de procedimientos (protocolos, algoritmos, etc.) para que el re-sultado del tratamiento cuántico de la información conduzca a resul -tados superiores a los que se obtienen con sistemas clásicos.

(Micro) Biología cuántica (MBC)

Durante los últimos años se han puesto en evidencia efectos cuán-ticos en sistemas biológicos. A continuación, mencionamos algunos que nos parecen particularmente importantes: 1) predicciones so-bre efectos cuánticos en diversos sistemas biológicos y 2) reportes de evidencia teórica y experimental de efectos cuánticos necesarios


para que plantas y bacterias alcancen el alto nivel de eficiencia en el proceso de fotosíntesis.

¿Qué tan arraigados están los principios cuánticos en sistemas biológicos a nivel molecular, como la fotosíntesis o la replicación del ADN o en un nivel superior, incluido los sentidos?

Un modelo de la forma en que funciona el olfato (Brookes, Hartout-siou, Horsfield y Stoneham, 2007), asume que además de la estructura espacial de las moléculas, la detección del olor proviene de las vibra-ciones moleculares mediante un proceso que implica el efecto túnel de electrones entre la molécula responsable del olor y el receptor. Por otra parte, no sólo las aves, también algunos insectos e incluso las plantas muestran respuestas fisiológicas a los campos magnéticos. Por ejemplo, la influencia inhibidora de la luz azul sobre la floración de la planta Arabidopsis thaliana (Ahmad, Galland, Ritz, Wiltschko, R. y Wiltschko, W., 2007). Una explicación de este efecto se basa en la absorción de un fotón que produce un par de radicales libres que cambian su reactividad química porque están sujetos a diferentes cam - pos magnéticos. Mientras que uno de los radicales solo siente el campo de la tierra, el otro siente además el campo producido por un núcleo. Vale la pena mencionar que la viabilidad de esta idea se demostró en 2008 en una reacción fotoquímica artificial, en la que los campos magnéticos afectan el tiempo de vida de un par de radicales.

Por otra parte, si la cuántica es relevante en el proceso de evolu-ción, entonces es posible que el ADN funcione como una computadora cuántica. La premisa es que el ADN existe en una serie de estados (superposición) y que este estado colapsa a un solo estado, al corres-pondiente a una mutación (Panitchayangkoon et al., 2011). Este en-foque es diferente de la teoría darwiniana clásica en la que las células individualmente sufren una mutación y es el proceso de selección natural el que selecciona aquellas mutaciones beneficiosas para el organismo más que la molécula de ADN en sí. La principal limitación de esta propuesta es la incapacidad de mantener un estado coherente durante tiempo suficientemente largo para obtener retroalimentación sobre cuál de las mutaciones sería beneficiosa.


Tanto plantas, como las cianobacterias contienen pigmentos que participan en la fotosíntesis. La bacteria Chlorobium tepidum (ciano-bacteria verde del azufre) sirve como sistema para estudiar el proceso de transferencia de energía en la fotosíntesis. Esa bacteria puede vivir en condiciones de muy baja concentración de luz y por lo mismo tiene una alta eficiencia (cerca del 100%) para transformar la energía que captura en forma de luz. De forma esquemática, esos organismos incluyen al menos tres secciones: los detectores, por medio de los cua-les se captura la luz, un pigmento –complejo FMO– que conecta las antenas con el centro de reacción que es donde se procesa la energía para convertirla en ATP.

Los fotones absorbidos producen excitones (pares electrón-hoyo) que se propagan por el FMO hasta que llegan al centro de reacción. El complejo FMO incluye siete cromóforos acoplados que son los respon-sables del color y que dan lugar a un conjunto de posibles trayectorias. La hipótesis de que la energía se propaga al azar ya ha sido descarta-da y de hecho ha sido corroborada la evidencia experimental de que existe interferencia, lo cual refleja que el sistema evoluciona en una superposición de estados (Vedral, 2011). Los puntos relevantes de los resultados que evidencian la naturaleza cuántica del fenómeno son:

• La coherencia cuántica sobrevive al menos 300 fs (3x10-13 seg.) en FMO a 277 °K mientras que a 77 °K persiste más de 600 fs.

• La alta eficiencia en la transferencia de energía requiere de una delicada colaboración entre la coherencia cuántica y las fluctua-ciones energéticas producidas por los modos vibracionales exci-tados térmicamente.

• La eficiencia en la transferencia –asistida por el medio– presenta un máximo a la temperatura fisiológica.

Estos resultados muestran que la coherencia cuántica desempeña un papel en el contexto de sistemas biológicos caracterizados por un al - to grado de organización. De hecho, parece que los tiempos y las temperaturas involucradas están ajustados para que, después de un escaneo de las diferentes alternativas, en la naturaleza se realice aquella que hace más eficiente la transferencia de energía desde los


detectores hasta el centro de reacción. Estos resultados han generado inquietudes para diseñar sistemas informáticos que simulen lo que la naturaleza hace en el caso de la fotosíntesis.

Como áreas de oportunidad consideramos:

1. El diseño de estructuras de captación de la luz.2. Investigar la forma en que el ruido ambiental sirve para desarro-

llar sistemas fotónicos utilizando materiales diseñados (puntos cuánticos, polímeros) que pueden servir como redes de antenas artificiales.

3. Buscar nuevas estrategias para el diseño de dispositivos cuánticos computacionales que pueden funcionar a alta temperatura.

4. Estudio de la existencia de efectos cuánticos en el ADN y sus impli-caciones sobre la información y sobre la genética.

ACTIVIDAD EN EL ÁREA A ESCALA NACIONAL

En México hay grupos que trabajan en aspectos tradicionales de la mécanica cuántica, sin embargo es muy reducido el número de institu-ciones y de investigadores que están activos en las temáticas descritas en las páginas anteriores o que enfoquen sus esfuerzos en las áreas de oportunidad mencionadas en este texto.

Por la participación en la correspondiente sociedad (Dicu-SMF), las instituciones que están formando grupos de investigación en esta área –incluyendo tanto teoría como la parte experimental– son: El Centro Nacional de Metrología (Cenam), el Centro de Investigación Científica y Educación Superior de Ensenada (CICESE), el Instituto de Ciencias Nucleares (ICN-UNAM), el Instituto de Física (IF-UNAM), el Departamento de Física de la Universidad de Guanajuato (UG), y el Instituto de Física de la Universidad Autónoma de San Luis Potosí (IF-UASLP).

En la parte experimental, las dos líneas de investigación domi-nantes son:

1. Átomos fríos (Cenam, IF-UASLP, IF-UNAM)


2. Óptica Cuántica (CICESE, ICN-UNAM, UG)Los seis grupos han hecho esfuerzos importantes para generar y fortalecer la infraestructura física y humana que les ha permitido trabajar en las líneas de investigación mencionadas. Publican de ma-nera regular y han estado formando recursos humanos, incluyendo el nivel de doctorado.

Aunque es diferente el grado de desarrollo de los grupos, se pue-de decir sin duda, que en caso de contar con los apoyos requeridos, los seis grupos están en capacidad de generar conocimiento de nivel competitivo en las áreas de oportunidad mencionadas y de contribuir al estado del arte de esta área, al avance tecnológico y a la formación de recursos humanos.

ACCIONES Y ESTRATEGIAS

Como área emergente estratégica, el Estado Mexicano debe asegurar que contará con los investigadores, y con los docentes que deberán preparar a los ingenieros y técnicos del futuro. Teniendo esto en cuenta y dado que la miniaturización y la dificultad de disipar energía implica que en el futuro cercano la información será manejada en el régimen descrito por la MC:

1. hay evidencia de que la tecnología del futuro será cuántica; hay de-sarrollos científicos que se han traducido en avances tecnológicos en las áreas de imágenes, metrología, criptografía y computación,

2. hay evidencia de la existencia de efectos cuánticos en sistemas con alto nivel de organización y que la investigación en el área de biología cuántica es de relevancia por su valor como ciencia básica pero tam-bién como medio –por analogía– para el desarrollo de tecnología,

se propone:

1. Crear infraestructura especializada para apoyar la consolidación de los seis grupos que existen, aportando un millón de dólares a cada uno de ellos.


2. Acceder a “hoteles” de la red de fibra óptica de la Comisión Federal de Electricidad (CFE) con el fin de realizar experimentos de cripto-grafía cuántica. En estos temas algunas de las instituciones podrían colaborar con personal de las instancias de gobierno encargada de inteligencia y la seguridad de las comunicaciones.

3. Promover el área y organizar eventos con participación de los líde-res en los temas de mayor relevancia.

4. Repatriar especialistas y, con el fin de evitar la dispersión de esfuer-zos, promover su incorporación a las instituciones que están in-virtiendo para consolidar grupos en esta área.

5. Crear un Centro con investigadores de matemáticas, ciencias de la computación, ciencia de materiales, químicos, biólogos; todos ellos con formación e interés en aspectos cuánticos de la disciplina. Además de generar conocimientos, el Centro tendría la encomien-da específica de formar los especialistas que en el futuro cercano atiendan las necesidades de personal que las instituciones de edu-cación superior van a requerir.

Concluimos diciendo que el uso práctico de la superposición y el en-redamiento –recursos asociados con la mecánica cuántica– enfrenta desafíos decisivos, en particular que se destruyen fácilmente por el contacto con el mundo exterior. Sin embargo, como dice Philip Ball (2011), “parece que la naturaleza conoce unos cuantos trucos que los físicos desconocen” y prueba de ello es que hay evidencia de que se puede lograr el enredamiento y la coherencia entre objetos macros-cópicos, en estructuras con alto grado de complejidad, distantes, a temperatura ambiente y durante suficiente tiempo para implementar procesos de relevancia científica y tecnológica.

REFERENCIAS

Ahmad, M., Galland, P., Ritz, T., Wiltschko, R. y Wiltschko, W. (2007). "Magnetic inten-sity effects in cryptochrome-dependent responses Arabidopsis thaliana". Planta 225 (3), 615-624.

Ball, P. (2011). "Physics of life: The dawn of quantum biology". Nature 474, 272-274. Bell, J.S. (1964). "On the Einstein-Podolsky-Rosen Paradox". Physics, (1), 195-200. Brookes, J.C., Hartoutsiou, F., Horsfield, A.P. y Stoneham, A.M. (2007). "Could Humans

Recognize Odor by Phonon Assisted Tunneling?" Phys. Rev. Lett. 98 (3), 038101.


Einstein, A., Podolsky, B. y Rosen, N. (1935). "Can quantum-mechanical description of physical reality be considered complete?" Phys. Rev. 47, 777.

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Hornberger, K., Gerlich, S., Haslinger, P., Nimmrichter, S. y Arndt, M. (2012). "Colloquium: Quantum interference of clusters and molecules". Rev. Mod. Phys. 84, 157-173.

Lee, K.C., Sprague, M.R., Sussman, B.J., Nunn, J., Langford, N.K., Jin, X.M., …Walmsley, I.A. (2011). "Entangling Macroscopic Diamonds at Room Temperature". Science 334 (6060), 1253-1256.

Panitchayangkoon, G., Hayes, D., Fransted, K.A., Caram, J.R., Harel, E., Wen, J., …Engel, G.S. (2011). "Long-lived quantum coherence in photosynthetic complexes at physio-logical temperature". PNAS 108 (52), 20908.

Preskill, J. (S/a). Lecture notes for quantum computation. Recuperado de: http://www.theory.caltech.edu/people/preskill/ph229/

Scarani, V., Bechmann-Pasquinucci, H., Cerf, N.J., Dusek, M., Lütkenhaus, N. y Peev, M. (2009). "The security of practical quantum key distribution". Rev. Mod. Phys. 81 (3), 1301.

Schrödinger, E. (1936). "Discussion of Probability Relations Between Separated Systems". Proceedings of the Cambridge Philosophical Society, 31, 446.

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Vedral, V. (2011). "Quantum correlations in biomolecules. 22nd Solvay Conference on che-mistry". Procedia Chemistry 3, 172.

Zurek, W.H. (1991). "Decoherence and the Transition from Quantum to Classical". Phy-sics Today, 44 (10), 36.

_____. (2003). "Decoherence, Einselection, and the Quantum Origins of the Classical". Reviews of Modern Physics, 75 (3), 715.

75

FÍSICA E INFORMACIÓN CUÁNTICA

Rocío Jáuregui* y Luis Orozco**

PRESENTACIÓN

Este escrito resume la participación que tuvieron el Dr. Luis Orozco (marzo, 2013) y la Dra. Rocío Jáuregui (abril, 2015) en los foros Hacia dónde va la Ciencia en México y actualiza la información que así lo requiere. En estas participaciones se tomó en cuenta la opinión de un conjunto amplio de investigadores interesados en el desarrollo de esta área en México.

El procesamiento de información está basado en procesos físi-cos que han cambiado a través del tiempo: pasaron de mecánicos a electromecánicos, a sistemas electrónicos en tubos de vacío, y transistores. Esta evolución ha sido fundacional para la ciencia y en cada época se superponen los nuevos modelos de computación a los anteriores, conforme la tecnología transita del laboratorio a los productos.

Nos estamos acercando rápidamente a los límites de la escalabili-dad del transistor de silicio. Las dimensiones de la nueva generación de procesadores son de unas decenas de nanómetros, cerca de las di - mensiones atómicas. Esto ha creado la necesidad urgente de una nueva base para la informática. La respuesta es demasiado compleja

* Instituto de Física, Universidad Nacional Autónoma de México.** Joint Quantum Institute, University of Maryland.


para aventurar una dirección, pero la base de la informática en el futuro requerirá un esfuerzo sostenido en muchas áreas de la ciencia y la tecnología.

Será necesario desarrollar nuevos materiales, nuevas arquitectu-ras de computación y algoritmos; encontrar las nuevas variables de estado, y será preciso utilizar tanto fenómenos clásicos como cuánti-cos en la implementación física de los procesadores de información. Es inevitable la incorporación de los fenómenos de superposición y enredamiento que hasta hace poco sólo eran considerados como cu-riosidades de la mecánica cuántica. Dado el tamaño del problema, esta ciencia del siglo XXI, nacida en la intersección de la mecánica cuántica y las ciencias de la información, presenta oportunidades únicas de estudio y desarrollo. Ellas van desde preguntas sobre las bases de la mecánica cuántica, hasta las aplicaciones en criptografía y encripta-miento, necesarias para asegurar que la transmisión de información es segura.

La respuesta mundial a este problema ha sido impresionante, pero no lo ha agotado; existen multitud de preguntas en todos los niveles, en los que grupos de investigación y desarrollo bien apoyados econó-micamente pueden incidir de una manera fundamental.

México necesita participar activamente en esta tarea. Un progra-ma nacional para formación de recursos humanos, coordinación de los esfuerzos existentes, en colaboración de instituciones educativas y del sector productivo, puede resultar en uno o dos centros de ex-celencia en el país conectados a otros grupos, mediante redes cuya incidencia mundial sería notable. El país no se puede dar el lujo de no participar en esta búsqueda de soluciones, menos cuando tiene el potencial humano para alterar el rumbo en el futuro. Para garantizar este objetivo, en 2018 serán necesarias inversiones anuales entre 50 y 100 millones de pesos por parte del gobierno federal. Durante este periodo las redes y centros buscarán vínculos con otros centros fuera de México para incrementar tanto la formación de recursos humanos como el intercambio intelectual.

77FÍSICA E INFORMACIÓN CUÁNTICA

SITUACIÓN ACTUAL

A continuación, se enlistan algunas de las líneas de investigación es- pecífica relacionadas con información cuántica que desarrollan en cada área los académicos de las instituciones mexicanas.

• Tecnologías de la comunicación cuántica• Estados cuánticos útiles en procesos de ingeniería cuántica:

1. Átomos y gases fríos y ultra fríos 2. Sistemas ópticos y optomecánicos3. Sistemas de materia condensada

• Metrología cuántica

Algunos de los aspectos más relevantes de cada área son descritos brevemente en el Anexo 1. Cada una de las líneas de investigación incluye trabajo de investigación de alto nivel y debido a su gran núme- ro sólo se ejemplifican en lugar de detallarlas una a una. Importa añadir que los proyectos ejemplo se seleccionaron tomando como uno de los criterios el que participaran destacados jóvenes investiga-dores de todo el país.

FORTALECIMIENTO DE LOS GRUPOS DE INVESTIGACIÓN

A partir de la relación de investigadores consultados para elaborar este documento y la productividad académica asociada, en la actua-lidad hay en el país un conjunto de investigadores, tanto establecidos como en etapa de consolidación, que están trabajando en temas rela-cionados con información cuántica, en condiciones variables, según la institución en que están adscritos.

Hay, sin embargo, algunos aspectos generales que nos permiten dis-tinguir aquellos rubros en que resulta muy necesario invertir recursos para fortalecer adecuadamente los grupos de trabajo. La observación


más evidente corresponde a la necesidad de equipar a los grupos experimentales que hasta muy pocos años habían venido trabajando con base en adecuaciones de laboratorios originalmente diseñados para otros fines, o que requieren adquirir equipo para iniciar expe-rimentos novedosos. Es también notoria la necesidad de contar con más gente joven formada en el área (estudiantes e investigadores posdoctorales), cuya estadía temporal en los grupos favorecería que se mantengan al corriente de los avances, retos y perspectivas de estas áreas de investigación. Serviría también para ese fin el intercambio académico que dé oportunidad de invitar a nuestras instituciones a investigadores destacados, así como visitarlos en sus universidades. Contar con equipos de videoconferencia en todas las instituciones participantes permitiría además obtener el mayor provecho de la estadía de los investigadores visitantes.

A continuación, señalamos laboratorios de investigación exis-tentes en el país en las áreas relacionadas con los temas de física e información cuántica:

1. Cenam. Laboratorios de metrología cuántica2. IF-UASLP. Laboratorios de átomos fríos3. ICN-UNAM. Laboratorio de átomos fríos4. ICN-UNAM. Laboratorio de óptica cuántica5. ICN-UNAM. Laboratorio de óptica aplicada6. FC-UNAM. Laboratorio de óptica cuántica7. CICESE. Laboratorio de interacciones no lineales y óptica cuántica8. IF-UNAM. Laboratorio de materia ultra fría9. IF-UNAM. Laboratorio de gases cuánticos

10. IF-UNAM. Laboratorio de átomos de Rydberg11. ITESM-M. Laboratorio de fotónica12. UG-L. Laboratorio de óptica cuántica

Cabe señalar que algunos de estos laboratorios son de nueva crea-ción y se encuentran en proceso de instalación. A continuación, se resumen algunas necesidades de los grupos de investigación asocia-dos a estos laboratorios. Se estima que se requiere una inversión de 75 millones de pesos en los próximos cinco años para establecer y fortalecer estos grupos de investigación.


Para el mantenimiento de equipo ya existente se requiere 15% adi-cional, que aproximadamente corresponde a: 11.25 millones de pesos.

También hay que destacar la presencia de grupos de investiga-ción teóricos en instituciones como el Cinvestav, INAOE, IPN, y la UNAM que también podrían verse impulsados y con mayor proyec-ción nacional e internacional a través de actividades de intercambio académico.

En cuanto a los otros rubros para los próximos cinco años se requerirá gestionar apoyos para cubrir las siguientes necesidades:

1. Estancias posdoctorales: 16 posdoctorados al año durante cinco años.2. Becas terminales: 20 estudiantes de doctorado y 10 de maestría

por año.3. Plazas para profesores visitantes: seis profesores al año, durante cin-

co años. 4. Gastos de intercambio internacional: 16 visitas al año por dos semanas.5. Gastos de intercambio nacional: 40 visitas al año por dos semanas.6. Cómputo: computadoras personales y equipo para videoconferen-

cias. Contratación de un especialista en cómputo de alto rendimien- to para la optimización de programas para la simulación de sistemas implementados en los laboratorios.

7. Reunión anual de trabajo: participarán investigadores y estudian-tes del área de todo el país y se tendrían entre cinco y 10 invita-dos internacionales. Como un paso sólido hacia la constitución de esta red, se declaró formalmente creada la División de Información Cuántica de la Sociedad Mexicana de Física (SMF) en 2007 y la Red de Información Cuántica en 2015.

Este proyecto puede proveer de una importante infraestructura para estos grupos de trabajo que en forma coordinada pueden potenciar sus capacidades. Para ello se requieren apoyos económicos significativos en las siguientes áreas:

1. Programa de movilidad de investigadores y estudiantes: Dentro y fuera de México, con cobertura de pasajes y gastos de estancia, entre otros.

2. Infraestructura de cómputo: Enlace por fibra óptica para todas las dependencias participantes. Contratación de un especialista en cómputo de alto rendimiento para la optimización de programas para la simulación de sistemas implementados en los laboratorios.


CREACIÓN DEL CENTRO NACIONAL DE INGENIERÍA CUÁNTICA

El Centro Nacional de Ingeniería Cuántica será un centro multidisci-plinario donde se cultivarán principalmente las áreas de investigación siguientes:

1. Tecnologías de la comunicación, información y computación cuántica.2. Metrología y mediciones de precisión cuánticas.3. Estudio de sistemas cuánticos abiertos útiles para procesos de infor-

mación cuántica; que incluye sistemas de átomos y gases molecula-res ultra fríos, sistemas de materia condensada y sistemas ópticos.

4. Estructuras matemáticas útiles en la transmisión, procesamiento y manipulación de la información.

5. Estudio de la relevancia de la física cuántica en procesos de inte-rés biológico.

Tendrá una incidencia fundamental en la formación de recursos hu-manos a partir de un programa de posgrado, que suscribirá acuerdos de intercambio semestral de estudiantes y académicos con las ins-tituciones nacionales e internacionales vinculadas al desarrollo del área en México, así como con otras instituciones donde se realicen estudios de licenciatura y/o posgrado, en áreas afines de todo el país. Se espera impulsar la generación de nuevas tecnologías y establecer contacto directo con el sector productivo.

Una forma de incidir en el sector industrial del país se logrará me-diante el apoyo a las actividades de metrología que desarrolla actual-mente el Centro Nacional de Metrología (Cenam) y en la Unidad de Metrología en la UASLP del Laboratorio Nacional de Materia Cuántica: Materia Ultra Fría e Información Cuántica (Lanmac). Se contribuirá al desarrollo de la metrología cuántica mediante la implementación de procedimientos de vanguardia para la medición cuántica con re-levancia en la determinación de las constantes fundamentales de la física, y que al mismo tiempo permitan el establecimiento de patrones más precisos de las unidades de tiempo, carga y masa.

En el Centro, las investigaciones sobre criptografía y cómpu-to cuántico serán de gran relevancia, ya que pueden conducir a


aplicaciones tecnológicas. Estas investigaciones han saltado desde los laboratorios de física cuántica que investigan los fundamentos de la física, hacia el mundo de la industria. En conexión con ello puede mencionarse que existen aplicaciones industriales ya adoptadas por muchas organizaciones de los sectores público y privado en las na-ciones desarrolladas de todo el mundo. Podemos mencionar en par-ticular a diversas compañías tecnológicas que venden procesos de distribución de claves cuánticas o de la seguridad de la información, o empresas que ya han creado computadoras cuánticas para realizar procesos específicos con algunos qubits.

Para lograr estas aplicaciones es importante señalar el papel sobresaliente de los avances teóricos y experimentales alcanzados principalmente en los campos de la óptica clásica, la óptica cuántica, y la interacción radiación con materia. Estamos hablando del uso práctico de métodos de producción, transmisión y detección de los diversos cam pos ópticos que condujo, por ejemplo, al tratamiento de estados cuánticos multipartitas altamente entrelazados y sofisticados; así como a su manejo a grandes distancias. En general puede consi-derarse que la criptografía cuántica es el fundamento de las redes de comunicación altamente seguras.

Inicialmente puede concebirse al Centro como un espacio virtual en el que se llevarán a cabo todas las actividades que puedan reali-zarse sin tener una infraestructura física, como la creación de una página web en la que se incluirá información general de las áreas de interés, se mencionarán los participantes de este proyecto, quienes se encargarán de indicar sus datos académicos relevantes, y se di-fundirán actividades académicas de interés. También se favorecerá la movilidad de los investigadores y los estudiantes de las institucio-nes participantes. Se organizarán, además, talleres internacionales, seminarios y cursos de verano en las áreas de interés.

A mediano y largo plazos se considera importante construir las instalaciones del Centro Nacional de Ingeniería Cuántica. Debe-rán edificarse planeando de antemano su crecimiento y estabilidad en el largo plazo. El Centro deberá impulsar el trabajo en las áreas


experimentales teniendo como política, desde su creación, mantener una proporción en la población de 60-70% de investigadores experi-mentales y de 30-40% de investigadores teóricos.

El Centro estará constituido por grupos de investigadores en las áreas arriba mencionadas, y en el largo plazo debería contar con un máximo de 60 investigadores de los cuales 40 serían responsables de laboratorios y 20 formarían parte de grupos teóricos en las disci-plinas básicas necesarias para el desarrollo de las investigaciones en procesos de información cuántica, metrología cuántica, y en general control y caracterización de estados cuánticos. Por cada laboratorio es necesario contar con un investigador responsable. Cada experimento debería tener el apoyo de un investigador posdoctoral, dos estudian-tes de posgrado y un estudiante de licenciatura. Cada grupo teórico estará formado por un máximo de cinco investigadores. Cada línea de investigación deberá tener asociados un investigador posdoctoral, dos estudiantes de posgrado, y uno de licenciatura.

Como políticas del Centro deberá establecerse: que un investiga-dor puede ser responsable, a lo más, de tres laboratorios; los salarios de los investigadores posdoctorales deberán ser independientes del pre-supuesto asignado al Centro; los investigadores posdoctorales podrán tener una estancia máxima de cuatro años en el Centro y solamente en casos excepcionales se podrá gestionar una plaza permanente.

Se necesitarán espacios para albergar aproximadamente 30 labo-ratorios, 60 cubículos para investigadores; áreas para investigadores posdoctorales, estudiantes graduados y de licenciatura. Además, de-berá contarse con espacios para personal de apoyo, como un dise-ñador de electrónica, un técnico de vacío, un preparador de piezas mecánicas; una unidad de cómputo constituida por un encargado, y dos ayudantes para el mantenimiento del equipo de cómputo del personal, y de la red de cómputo.

La secretaría técnica se encargará de la vinculación, la difusión, la gestión, el cabildeo, trámites de patentes y derechos de propiedad intelectual; formación de compañías y de conseguir apoyos exter-nos, entre otros. La sección administrativa deberá comprender un


encargado de compras, uno de personal, de contabilidad, de biblio-teca, y de seguridad e higiene. Todo el personal del Centro deberá someterse periódicamente a evaluaciones, incluyendo el personal administrativo, para garantizar que no se entorpezcan las labores de investigación, formación de recursos humanos, y vinculación con el sector productivo.

Se reitera que el Centro deberá tener un programa de posgrado para formar investigadores del más alto nivel; además podrá ser re-ceptor de estudiantes de posgrado de las universidades participantes. El programa de posgrado podría implementarse desde la etapa de creación del Centro Virtual, consiguiendo el apoyo de las institucio-nes participantes.

En el Anexo 2, se da un ejemplo de la clase de investigación que se propone desarrollar en el Centro Nacional de Información Cuántica.

ANEXO

Líneas de investigación en tecnologías de la comunicación y compu-tación cuánticas.

a) Información cuántica.b) Sistemas cuánticos de muchos cuerpos (incluyendo simuladores

de sistemas propios a materia condensada).c) Aplicación de teoría de campos finitos para la construcción de ba-

ses mutuamente disjuntas y su aplicación para la tomografía cuán-tica óptima de qubits.

d) Modelos de matrices aleatorios para decoherencia y estabilidad cuántica.

e) Estudios, desde el punto de vista de la mecánica estadística, de la dinámica reducida de modelos de memorias cuánticas en la pre-sencia de baños térmicos dentro y fuera del régimen markoviano.

f) Protocolos de información cuántica y su covariancia relativis-ta. Estudio teórico de la covariancia relativista de propiedades cuánticas.

g) Manejo de fotones individuales y otros estados cuánticos de la luz para su aprovechamiento en la transferencia de información,


la construcción de claves de criptografía cuántica, el desarrollo de compuertas lógicas cuánticas útiles en computación cuántica.

h) Estudios teóricos de transformaciones de estados cuánticos induci-das por operaciones formuladas en el lenguaje de teoría de grupos y constreñidas para garantizar efectividad y seguridad en protocolos asociados con criptografía cuántica, así como controlar propieda-des cuánticas como entrelazamiento.

i) Estabilidad de procesos de información cuántica y corrección de errores.

j) Desarrollo de protocolos en modelos específicos de computadoras cuánticas.

k) Desarrollo de protocolos de comunicación cuántica para la transmi-sión segura de información y su aplicación en cómputo distribuido.

l) Creación, análisis asintótico y aplicación algorítmica de caminatas cuánticas discretas y continuas.

m) Desarrollo y simulación de algoritmos cuánticos para la solución de problemas de agrupamiento de datos (data clustering) y su uso en bioinformática.

n) Desarrollo y simulación de algoritmos cuánticos.o) Cuantificación del entrelazamiento cuántico en sistemas n-parti-

tas (n>2).p) Enredamiento y otras correlaciones cuánticas en sistemas atómi-

cos y ópticos.q) Turbulencia en gases cuánticos.r) Termodinámica de gases cuánticos.s) Espectroscopía de gases atómicos en la presencia de haces estruc-

turados.t) Átomos de Rydberg.

Proyecto ejemplo en tecnologías de la comunicación y computación cuánticas (Institución sede UNAM)

Modelos de matrices aleatorios para decoherencia y estabilidad cuán-tica (ICF-UNAM). En los últimos años se han desarrollado modelos para decaimiento de fidelidad, decoherencia y evolución de enlazamien- to de dos qubits con T. Gorin, T. Prosen y C. Pineda. En lo que respecta a la dinámica de ecos (fidelidad), estos trabajos han tenido aceptación amplia. Con respecto a propiedades de sistemas bosónicos hay antece-dentes para estudiar sistemas de bosones interactuantes en el marco


de la teoría de matrices aleatorias (RMT) y se inició un programa de análisis semi-clásico de comportamiento de Condensados de Bose Einstein (BEC).

Metas científicas:

1) Estudio no solo de la estabilidad de procesos de información cuán-tica sino su estabilización activa, pero con otros métodos que la co-rrección de errores usual. El método previsto implica estabilización por dinámica caótica.

2) El análisis de estabilidad y de estabilización no se ha aplicado has-ta la fecha a criptografía cuántica, y en vista de que esta línea se ha desarrollado en el Instituto de Física de la UNAM (IF-UNAM) y por la importancia general del tema, sería muy deseable un análisis en un grupo mayor.

3) Implementación de protocolos en modelos específicos de compu-tadoras cuánticas.

4) Descripción de la física de condensados de Bose-Einstein median-te técnicas semiclásicas, así como con los de los ensambles em-bebidos.

5) Modelaje de dispositivos mesoscópicos de procesamiento de infor-mación cuántica mesoscópica y estudiar su eficiencia y estabilidad en comparación con los de óptica cuántica de átomos o de iones.

6) Estudios fundamentales de un sistema central acoplado a un baño que podemos llamar cercano, y los dos, a su vez, a un baño leja-no o universal han sido estudiados en el contexto de información cuántica.

Estados cuánticos en procesos de ingeniería cuántica. La decoheren-cia cuántica es el mecanismo mediante el cual la interacción de un sistema cuántico con su entorno da origen a un comportamiento probabilístico efectivo de carácter aditivo, semejante al de un sistema clásico. El control de la decoherencia cuántica es el problema clave para la implementación de muchos de los procesos de información cuántica.

Entre los sistemas físicos más viables para ser utilizados eficiente y confiablemente en procesos de información cuántica destacan los sistemas atómicos y ópticos.


Átomos y gases ultra fríos (ICF, ICN, IF, UNAM). Líneas de investigación

Los iones atómicos y los átomos neutros pueden ser utilizados para almacenar y manipular la información cuántica tal y como fue reco-nocido por Zoller y Cirac en 1995. En particular, sus estados internos pueden ser considerados como un registro que puede ser modificado utilizando luz láser.

a) Diseño de una trampa magneto-óptica de alta eficiencia para áto-mos por métodos puramente ópticos, que permita la construcción de un condensado de Bose-Einstein de átomos de rubidio para rea-lizar inicialmente estudios de interferometría.

b) Estudio teórico de las propiedades dinámicas de gases bosónicos ultra fríos con interacción, confinados en dos y tres dimensiones por diferentes potenciales externos; proceso dinámico asociado con la formación del condensado de Bose-Einstein y el estado de equili-brio correspondiente.

c) Coherencia cuántica y transiciones de fase en un gas de Bose con interacciones, confinado en una red óptica finita.

d) Estudio de modelos de matrices aleatorias y de técnicas de óptica cuántica para entender los fenómenos de decoherencia y estabili-dad cuántica en cadenas de espines, sistemas nucleares, sistemas bosónicos; billares cuánticos; qutrits.

e) Estudios fundamentales de decoherencia y estabilidad referidos a un sistema central acoplado a un baño universal.

f) Tratamiento semi-clásico de BECs, estudio de la condensación de Bose-Einstein y fenómenos de superfluidez en gases bosónicos.

g) Análisis del estado BCS (Bardeen-Cooper-Schriefer) en gases fer-miónicos confinados.

h) Estudiar la termodinámica y física estadística de sistemas confina-dos. Los temas específicos por tratar son: deducción de la ecuación de estado de gases bosónicos y fermiónicos; desarrollo del virial en los límites clásicos y altamente degenerados; análisis con diferen-tes modelos y/o aproximaciones que consideren la interacción in-teratómica.

i) Estudio teórico del cruce BEC-BCS mediante el cálculo de primeros principios de sistemas de N fermiones interactuantes.

j) Estudio de las transiciones de fase, entrelazamiento, compresión y evolución de un estado arbitrario en condensados de Bose-Einstein


de dos modos con tunelaje Josephson por medio de un formalismo de estados coherentes y de catástrofes.

k) Interferometría atómica aplicada a la metrología cuántica, en par-ticular, relacionada con la medición de los patrones de frecuencia y tiempo.

l) Hamiltonianos supersimétricos para sistemas de espines interac-tuantes, fotones y materia.

m) Dinámica clásica y cuántica de sistemas no lineales de N espines interactuantes. Estudio de los casos estacionario y no-estacionario en la representación de probabilidades.

n) Sistemas ópticos y atómicos con dispersión cuántica y entrelaza-miento controlados.

o) Chips atómicos.

Proyecto ejemplo en átomos y gases ultra fríos (Institución sede Universidad de San Luis Potosí)

Diseño de una trampa magneto-óptica de alta eficiencia para áto- mos de rubidio, como fuente de condensados de Bose-Einstein gene-rados con métodos puramente ópticos, que permitirá realizar estudios de interferometría.

Desarrollo tecnológico: Los interferómetros tienen aplicaciones tecno-lógicas en la construcción de sensores de aceleración y rotación. Estas tecnologías son usadas en navegación, así como en exploración de es-tructuras subterráneas. Se buscará aplicar dichas tecnologías en la solución de problemas locales y nacionales.

Líneas de investigación ejemplo en sistemas ópticos

a) Generación y producción de estados enredados de dos fotones me-diante el método de conversión paramétrica descendente para rea-lizar: experimentos de correlaciones de dos fotones, ingeniería de fotones para procesos de información cuántica.

b) Construcción de fuentes de un solo fotón y estudio de sus principa-les características. La luz emitida en forma de fotones individuales


puede ser utilizada para realizar experimentos de interferencia, de coherencia de la luz, la preparación condicional de fotones únicos para el establecimiento de redes ópticas cuánticas y el desarrollo de compuertas lógicas cuánticas para el manejo de qubits.

c) Manejo de fotones individuales y su aprovechamiento en la trans-ferencia de información, la construcción de claves de criptografía cuántica, el desarrollo de compuertas lógicas cuánticas útiles en computación cuántica.

d) Diseño e implementación de sistemas de micro-manipulación óp-tica de micro-partículas y sistemas atómicos.

e) Estudio teórico y experimental de las propiedades dinámicas de modos de propagación de luz no convencionales.

f) Dinámica de sistemas ópticos no lineales, aproximación semiclá-sica para sistemas complejos, aplicación del método de funciones de Wigner y desarrollo de la base teórica de las funciones de cuasi- distribución para sistemas ópticos compuestos.

g) Estudio del ruido cuántico y de mediciones cuánticas no destruc-tivas en sistemas ópticos.

h) Dinámica de sistemas ópticos no lineales.i) Estados no clásicos de la luz, estados correlacionados y comprimidos.j) Control dinámico de sistemas cuánticos, particularmente aquellos

en los que se pueden establecer circuitos de evolución. Estudio de fases geométricas y circuitos de evolución.

k) Aplicaciones de métodos matemáticos de la física cuántica a la óp-tica geométrica, ondulatoria, cuántica y/o finita, usando métodos de simetría.

l) Uso de métodos de óptica finita para el procesamiento paralelo de señales y transformaciones unitarias de imágenes en dos y tres di-mensiones.

m) Estudio y aplicación de polinomios ortogonales y sus q-extensiones, en el marco conceptual conocido como cuantización geométrica.

n) Estudio del comportamiento y propiedades de sistemas discretos en el espacio fase.

Proyecto ejemplo en estados cuánticos de sistemas ópticos en información cuántica (Institución sede ICN-UNAM)

Generación y producción de estados enredados de dos fotones me-diante el método de conversión paramétrica descendente para realizar


experimentos de correlaciones de dos fotones, ingeniería de fotones para procesos de información cuántica.

Objetivos específicos:

1. Operación de una fuente de parejas de fotones factorizables, basada en el proceso de mezclado de cuatro ondas espontáneo en fibras χ(3)

donde el fotón señal se encuentra en la banda de telecomunicaciones (1.55 μm) y donde el fotón acompañante se encuentra en el visible.

2. Fuente de fotones individuales anunciados en la banda de teleco-municaciones.

3. Concatenación de dos fuentes idénticas de fotones individuales anunciados (descritas en el inciso anterior), como elemento base para construir redes cuánticas más complejas.

4. Detección de los fotones en la banda de telecomunicaciones por translación espectral al visible.

5. Operación de una compuerta lógica basada en el protocolo de compu-tación cuántica con óptica lineal.

Metrología cuántica

Es importante que México desarrolle la metrología cuántica para:

1. Contar con un grupo de especialistas capaces de utilizar las tecno-logías de punta que son la base de estos patrones, de innovar en el campo, así como de formar nuevas generaciones de investigadores y tecnólogos en metrología cuántica.

2. Poner a la disposición de la comunidad científica y tecnológica ex-perimentos cuánticos únicos para fines de investigación.

3. Satisfacer las necesidades de las industrias nacionales respecto de servicios de calibración, que actualmente no es satisfecha por la tecnología comercial.

Líneas de investigación en metrología cuántica:

a) Efecto Hall cuántico y el patrón de resistencia eléctricab) Efecto Josephson y el patrón de tensión eléctricac) Balanza de Watt y el patrón de masad) Interferometría atómica y el patrón de frecuencia y tiempo


ANEXO

Proyecto ejemplo en átomos y gases ultra fríos (Institución sede: el Centro Nacional de Ingeniería Cuántica

propuesto en este proyecto)

Chips atómicos: El proyecto inicial consiste en la construcción de un interferómetro atómico en un microchip, acoplando el láser atómico en el chip con un divisor de haz de radiofrecuencias. El laboratorio sería parte del Centro Nacional de Ingeniería Cuántica que se propone en la presente propuesta de Megaproyecto.

Meta: Construir un interferómetro de alta sensibilidad para la medi-ción de campos pequeños con gran resolución espacial.

Aplicaciones tecnológicas: Medición precisa de distancias, en la na-vegación de aviones (giróscopos láser) y en la medición precisa del campo gravitacional terrestre en la búsqueda de depósitos minerales y petróleo. Como el espectrómetro sería un instrumento autoconte-nido y de bajo consumo de energía tendría también posibilidades de desarrollo comercial.

Metodología: Integrar potenciales adiabáticos promediados en el tiem-po (TAAP) a la caja de herramientas de los chips atómicos fusionaría dos poderosas técnicas de óptica cuántica experimental y, por lo tanto, ampliaría el intervalo de experimentos realizables en un instrumento autocontenido y transportable.

Antecedentes: Los chips atómicos ofrecen la oportunidad de realizar investigación en óptica atómica, en temas tales como los gases cuán - ticos en una dimensión, electrodinámica cuántica de cavidades con átomos e interferometría atómica. Estas aplicaciones permitirían la construcción de compuertas para procesos de información cuántica con átomos neutros.


Combinar chips atómicos con potenciales adiabáticos promedia-dos en el tiempo (TAAP), que son dos técnicas para control de con-densados que se encuentran en un período de rápido crecimiento y que ya han producido resultados muy importantes en óptica atómica.

Los chips atómicos constituyen una caja de herramientas para la óptica atómica. Combinan campos eléctricos, magnéticos y ópticos para almacenar, transportar y detectar átomos fríos. Estos campos se crean con alambres por los que se pasan corrientes eléctricas, con superficies con magnetización permanente y con cavidades ópticas hechas con fibras ópticas, todo ello integrado en un chip de silicio. En la figura 1 se muestran imágenes de tres chips: (a) y (b) son chips atómicos que emplean alambres como fuentes de campo y (c) es un chip atómico con un patrón escrito en videocinta, que es una superfi-cie con magnetización permanente. Como en el caso de la electrónica convencional, el objetivo es crear circuitos, en este caso de átomos, capaces de realizar tareas complejas.

Figura 1. Tres chips atómicos empleados en el Imperial College.

a) Chip atómico con un solo alambre guía que fue empleado para explorar el acoplamiento entre los átomos fríos y la superficie

del alambre (Sahagun D., 2006).b) Chip atómico con cuatro alambres en “Z” que se emplea para

interferometría atómica en el esquema de doble guía (Baumgärtner, F. et al., 2010).

c) Chip atómico en videocinta que fue el sitio del primer condensado en una superficie con magnetización permanente y que se

empleó para construir la primera banda transportadora para condensados basada en este tipo de superficies

(García et al., 2010).


Con unos watts de potencia eléctrica es posible crear trampas (mi-crotrampas) en chips con dimensiones de micrómetros que facilitan la producción de condensados. Esto abre la posibilidad de estudiar gases cuánticos en una dimensión, interferometría de ondas de materia y procesamiento de información cuántica. La mayor parte de la tecno-logía necesaria para la producción de chips atómicos está disponible porque esencialmente utiliza la tecnología de fabricado de microchips de computadora. La tecnología complementaria ha sido desarrollada en los últimos cinco años o está siendo desarrollada. Esto hace muy atractiva la comercialización de los chips atómicos, ya que en principio podrán ser producidos de manera barata y masivamente.

Recientemente, a raíz de que se entendió el efecto de la superficie sobre los átomos fríos, las trampas han dado resultados sorprendentes. El grupo de chips atómicos de Munich ha demostrado que se pueden transportar condensados a distancias de casi medio centímetro (Figu-ra 2a). Investigadores en Tubingen han observado difracción de un BEC hasta el quinto orden con una rejilla hecha con un arreglo de alambres (Figura 2b). El grupo de Heidelberg construyó un divisor de haz para ondas de materia combinando potenciales estáticos con campos mag-néticos de radiofrecuencias.

Figura 2.

a) Versión artística que ilustra la banda transportadora en un chip (García et al., 2010).

b) Resultados de la rejilla de difracción de ondas de materia del grupo de Tubingen (Günther et al., 2007).


c) Patrones de interferencia producida por una rejilla de difracción en las ondas de materia (Schumm et al., 2005).

Potenciales adiabáticos promediados en el tiempo (TAAP): Se trata de un nuevo tipo de potenciales en los que se combinan el efecto de campos estáticos de baja frecuencia y magnéticos modulados en ra-diofrecuencia. En términos generales la modulación tiene que ser suficientemente rápida en comparación con la frecuencia de la tram-pa, pero suficientemente lenta para estar fuera de resonancia con la frecuencia de Larmor de los átomos. Los campos de radiofrecuencias visten a los estados atómicos y en combinación con los campos de modulación producen trampas promediadas en el tiempo que son ocupadas por los átomos. TAAP ofrece nuevas posibilidades para la manipulación de átomos. Si se le incluye en un chip atómico se pueden colocar los átomos varios milímetros por encima de las fuentes de campo, de tal manera que la fragmentación del condensado y los mecanismos de inversión de espín de los átomos pueden ser despreciados. Las trampas que se crean con TAAP cambian su forma de manera dinámica con gran flexibilidad. Al cambiar la radiofrecuencia uno puede cambiar una trampa de Ioffe-Pritchard a una guía de ondas en forma de anillo. De manera alternativa, uno puede generar trampas dobles si se aplica un segundo campo de radiofrecuencias.

Experimentos que se proponen: Obtención de un condensado en un chip atómico. Realizar interferometría combinando las técnicas que se


presentaron con anterioridad. El microchip tendría un láser atómico pulsado y una guía de onda que puede ser dividida en dos idénticas que luego se acoplan en una región de interacción.

REFERENCIAS

Baumgärtner, F. et al. (2010). Phys. Rev. Lett. (105) 243003. García et al. (2010). New Journal of Physics. 12 (9) 093017. Günther, A., Kraft, S., Zimmermann, C. y Fortágh, J. (2007). Phys. Rev. Lett. (98), 140403.Hänsel, W., Reichel, J., Hommelhoff, P. y Hänsch, T.W. (2001). Phys. Rev. Lett. 86(4) 608-611.Sahagun D. (2006). Ph.D. Thesis, Imperial College London.Schumm, T., Hofferberth, S., Andersson, L.M., Wildermuth, S., Groth, S., Bar-Joseph, I.

et al. (2005). Nature Physics 1 (1).

95

FÍSICA DE PARTÍCULAS Y CAMPOS

Humberto Salazar Ibarguen*

INTRODUCCIÓN

La física de altas energías en México y en el mundo se enmarca, de manera preponderante, dentro de la investigación experimental, feno-menológica y teórica en la física y astrofísica de las partículas elemen-tales. Se trata de un área orientada naturalmente hacia la investigación básica de frontera, en la que también se desarrolla investigación con un gran efecto en el desarrollo de nuevas tecnologías.

Hasta ahora, los físicos de partículas han logrado sintetizar el conocimiento adquirido durante más de 70 años en un marco teó-rico extremadamente exitoso: el Modelo Estándar (ME). Esta teoría brinda una descripción detallada y unificada de procesos tales como la electricidad, el magnetismo, la estabilidad del átomo, la energía liberada en una reacción nuclear. Sin embargo, esta teoría no está completa porque no incluye la bien probada gravedad, el número de parámetros que contiene es demasiado grande, no explica la expan-sión de nuestro universo, ni la velocidad de las galaxias, entre otros fenómenos. Su explicación requiere de conceptos físicos novedosos, alguno de los cuales están siendo puestos a prueba por el Gran Co-lisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés), en operación

* Facultad de Ciencias Físico Matemáticas, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla.


en el Centro Europeo de Investigaciones Nucleares (CERN, por sus siglas en francés).

El LHC está explorando un territorio desconocido con energías del orden de los Teraelectronvoltios (TeV). Siete TeV es energía suficiente para derretir 250 g de cobre en menos de un segundo. Justo ahora se está definiendo la veracidad de los fundamentos de la física de partículas elementales, con la recientemente confirmada detección del bosón de Higgs.

Una característica esencial del área de física de altas energías es la gran importancia que para su desempeño tiene la cooperación in-ternacional, la cual es hoy por hoy un componente indispensable de la física de altas energías. La escala técnica y los costos hacen que la construcción y operación de los mayores aceleradores y observatorios queden fuera de la capacidad económica y tecnológica de una sola nación. En la actualidad, los proyectos de física de altas energías son esfuerzos multinacionales, desde su concepción hasta su operación y mantenimiento. Equipos de científicos, estudiantes, ingenieros y téc-nicos mexicanos tienen una presencia cada vez más relevante en experimentos realizados en grandes colisionadores u observatorios. La creciente participación técnica y científica, en las siguientes etapas de los experimentos en curso y de otros en planeación es de suma importancia para el avance intelectual y el progreso tecnológico de nuestro país. Por ello es esencial brindar el mayor apoyo posible para concretar estancias de trabajo en los sitios en donde se llevan a cabo los experimentos. Algunos de estos lugares son el CERN, el Fermilab, Riken, el Observatorio Pierre Auger y el High Altitude Water Che-renkov (HAWC), entre otros.

En México, la física de altas energías es una actividad con un alto grado de desarrollo, ejercida por un sólido grupo de investigadores distribuidos prácticamente en todas las regiones geográficas, y que laboran en las más importantes instituciones de educación superior y centros de investigación, como la Benemérita Universidad Autóno-ma de Puebla (BUAP), Universidad de Guanajuato (UG), Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo (UMSNH), Universidad de

97FÍSICA DE PARTÍCULAS Y CAMPOS

Colima, Universidad Autónoma de Chiapas (Unach), Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo (UAEH), Universidad Autónoma de San Luis Potosí (UASLP), Universidad Autónoma de Sinaloa (UAS), Universidad de Sonora (Unison), Universidad Autónoma de Zacatecas (UAZ), Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), Univer-sidad Autónoma Metropolitana (UAM), Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav), y el Instituto Politécnico Nacional (IPN), entre otros.

En los estados se organizan en cuerpos académicos consolida-dos y en vías de consolidación y están ligados mayoritariamente con programas de posgrado reconocidos en el padrón del Conacyt. En la actualidad, existen alrededor de 130 investigadores con doctorado que dedican sus esfuerzos al estudio de distintos fenómenos relacio-nados con las partículas elementales. Aproximadamente 50% realiza sus actividades en alguna universidad o grupo de investigación de los estados y la otra mitad en la Ciudad de México, en áreas teóricas y experimentales.

FÍSICA DE Y CON ACELERADORES

Los grupos experimentales de nuestro país participan en Alice (A Large Ion Collider Experiment) y en CMS (Compact Muon Solenoid), dos de los cuatro experimentos principales que se llevan a cabo con el LHC del CERN. Alice se enfoca principalmente al estudio del llamado plasma de cuarks y gluones, mientras que CMS tuvo como objetivo prioritario la búsqueda y caracterización del bosón de Higgs y de física más allá del Modelo Estándar.

La participación en experimentos de esta escala mantiene e in-crementa el alto nivel de investigación de nuestro país, por ello se vuelve esencial sostener y aumentar el apoyo para la participación en el mantenimiento y expansión de estos proyectos. Tal es el caso de los detectores V0 y ACORDE de Alice, fabricados e instalados por científicos mexicanos, y la expansión de los detectores de muones del


experimento CMS en el que tienen importantes responsabilidades los investigadores de instituciones mexicanas.

Dada la enorme cantidad de datos que Alice y CMS han acumu-lado durante la primera etapa de operaciones del LHC –cerca de 100 petabytes de datos que equivalen a 700 años de películas en alta defini-ción– es indispensable fortalecer con más contrataciones a los grupos de análisis, de tal forma que se puedan preparar grupos capaces de liderar los análisis de los datos de la nueva fase del LHC.

Esta fase inició en abril de 2015 con mayor energía y luminosidad, y permitirá avanzar en la búsqueda de física más allá del Modelo Es-tándar. Es de nuestro conocimiento que alrededor de una veintena de jóvenes científicos, formados en el extranjero en estos experimentos, están buscando regresar a México y fortalecer los grupos actuales.

Además de los recursos humanos se requiere concretar la insta-lación en México de un proveedor de servicios de internet de nivel 1 (Tier-1), con base en la plataforma GRID, para el análisis y almacena-miento de datos de CMS y Alice. De no ser así, el acceso a esos datos y a los recursos para su análisis resultaría gravemente afectado. En lo que toca a la física de aceleradores, grupos del área han encabezado propuestas y acciones para que en el futuro cercano nuestro país cuente con una fuente de luz sincrotrón multiusuario y multipropó-sito. Los sincrotrones son una de las formas más exitosas en el campo de los aceleradores de partículas; en ellos, los electrones acelerados con altas energías producen haces colimados de luz muy brillante, desde el infrarrojo hasta los rayos X, que pueden emplearse tanto en investigación básica como en aplicaciones de muy diversa índole.

La instalación y operación de un sincrotrón es un gran esfuerzo nacional, que además de gran aportación económica requiere de un intenso trabajo multidisciplinario y multi-institucional, que incluye la labor de ingenieros, técnicos y científicos. Paralelamente, se considera de gran importancia apoyar la creación de un Centro de Hadronte-rapia, en asociación con médicos oncólogos. En América Latina no existe un solo centro de este tipo, y se recomienda que exista uno por cada 10 millones de habitantes.


FÍSICA DE ASTROPARTÍCULAS

En el área de física de astropartículas, científicos mexicanos partici-paron en la construcción y operación del Observatorio Pierre Auger (OPA), desde su concepción, hace casi dos décadas. En su construcción, una empresa mexicana desempeñó un rol destacado, lo cual consti-tuye un ejemplo concreto de una exitosa asociación entre la ciencia y la industria nacional.

La participación en el Observatorio Pierre Auger de un grupo integrado por investigadores de cuatro instituciones mexicanas ha influido en la promoción de la física de astropartículas en nuestro país. Sin embargo, debe hacerse un esfuerzo por acrecentar su crecimiento, en los aspectos cuantitativo y cualitativo. Actualmente se promueve la ampliación de este observatorio, con el fin de que responda al dilema sobre la composición y el origen de los rayos cósmicos en las más altas energías. Sería deseable contar con recursos económicos y humanos para continuar en este proyecto.

México también participa en el experimento que se considera la siguiente escala en cuanto a apertura de un observatorio de ra-yos cósmicos, ya que combina la técnica de fluorescencia con la de observación desde el espacio. JEM-EUSO observará la fluorescencia ocasionada en la atmósfera por rayos cósmicos de altas energías me-diante un telescopio de 2.6 metros de diámetro, que se instalará en la Estación Espacial Internacional. Se espera poner este detector en el espacio en 2018 y reforzar la participación mexicana.

También se requiere la conjunción de esfuerzos y recursos con el fin de implementar proyectos más ambiciosos, que culminen en experimentos de frontera en territorio nacional. Un paso significativo en esta dirección es el Observatorio HAWC (High Altitude Water Cherenkov GRB Observatory), inaugurado el 20 de marzo de 2015 en las faldas de volcán Sierra Negra, Puebla, a más de cuatro mil metros sobre el nivel del mar, luego de siete años de construcción, y cuyo objetivo es la detección de las ráfagas de rayos gamma de altas energías.


La participación de México en experimentos en laboratorios sub-terráneos es muy limitada, tanto en física de neutrinos como en la detección de materia oscura. Aún cuando se ha iniciado la colabora- ción con el Fermilab para la realización de un experimento de de- tección de materia oscura por medio de tarjetas CCD (Charge Coupled Devices) y se iniciará la construcción del detector y el acondiciona-miento del sitio dentro de una mina en el territorio nacional para pruebas de desempeño, los recursos humanos y económicos son muy pocos, comparados con la importancia de esta nueva área de la física de partículas. Por lo anterior, se necesita apoyo para la conformación de un grupo de investigación en astropartículas, orientado hacia física de neutrinos y materia oscura. Para ello, se propone la contratación de físicos experimentales jóvenes, con experiencia en experimentos en laboratorios subterráneos. Existen en este momento por lo menos tres inves tigadores formados en experimentos en el extranjero, que po- drían incorporarse a este esfuerzo.

Un asunto directamente relacionado con esta área y con la coo-peración entre países latinoamericanos es el proyecto ANDES (Agua Negra Deep Experiment Site). Se trata de un laboratorio subterráneo multinacional que científicos de Argentina, Brasil, Chile y México proponen instalar en la Cordillera de los Andes, aprovechado la construcción del túnel carretero que unirá la provincia de San Juan, en Argentina, con la Cuarta Región de Chile. ANDES sería el único en su tipo en el hemisferio sur y permitiría realizar experimentos de fron-tera en física, geofísica, biología, sismología y tecnología de materiales. De concretarse, esta gran empresa contribuirá de forma efectiva a una mayor integración regional, tanto en el aspecto científico, como en la formación de recursos humanos especializados y en el desarrollo de nuevas tecnologías.

Para finalizar con una propuesta unificadora que impulse todas las acciones antes mencionadas, existe consenso en la construcción de un laboratorio dedicado al estudio de fenómenos de frontera en física de altas energías que incluye, como elemento esencial, la física de aceleradores, de astropartículas y de detectores y los posibles usos


prácticos de estas tecnologías. En este laboratorio se podría repatriar a los jóvenes científicos formados en los últimos años y que tienen el más alto nivel académico.

103

LA PARTICIPACIÓN DE MÉXICO EN PROYECTOS INTERNACIONALES

EN FÍSICA DE ALTAS ENERGÍAS Y EN ASTROFÍSICA

Luis Manuel Villaseñor Cendejas*

SITUACIÓN MUNDIAL EN LA FÍSICA DE ALTAS ENERGÍAS

Contexto actual de la física de partículas

El conocimiento generado en la física de altas energías (FAE) durante más de 100 años se sintetiza en el Modelo Estándar. Tanto la física de altas energías, como la de astropartículas han logrado importantes avances que se pueden resumir del modo siguiente:

• El Modelo Estándar es sumamente exitoso pero se sabe que está incompleto. La materia ordinaria explica sólo el 4% de la masa-energía del universo.

• La materia oscura contribuye al 23% de la masa-energía del universo.

• La energía oscura contribuye al 73% de la masa-energía del universo.

Preguntas abiertas

La necesidad de lograr una comprensión más completa del universo, tanto microscópico como macroscópico, se refleja en las siguientes interrogantes abiertas:

* Instituto de Física, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo.


• ¿Cómo adquieren masa las partículas? ¿Cuáles son las propieda-des del bosón de Higgs descubierto en 2012? ¿Existen bosones de Higgs adicionales? ¿Se requieren nuevas leyes físicas? ¿Hay di-mensiones adicionales del espacio?

• ¿Cuál es la naturaleza de las nuevas partículas y de los principios físicos de las teorías más allá del Modelo Estándar?

• ¿De qué está compuesta la materia oscura? ¿Cuál es la naturale-za de la energía oscura y en qué esquema conceptual del univer-so se incorpora?

• ¿Se unifican las fuerzas de la naturaleza en un solo tipo de in-teracción en el régimen de altas energías? ¿Cómo se incluye la gravedad dentro de este esquema? ¿Existe alguna teoría de la gra - vedad cuántica?

• ¿Cómo surgió la preponderancia observada de la materia sobre la antimateria?

• ¿Cuáles son las masas y otras características de los neutrinos? ¿Qué papel desempeñaron en la evolución del cosmos? y ¿cómo están conectados con la asimetría materia-antimateria?

• ¿Es el protón, el elemento esencial del que estamos hechos?, ¿es el protón inestable?

• ¿Cómo se formó el universo? ¿Cuál será su final?• ¿Qué tipo de semilla dio origen a las galaxias y demás estructu-

ras en el universo?• ¿Cuál es la naturaleza y el origen de los rayos cósmicos ultra-ener-

géticos?

Tendencias de desarrollo a nivel internacional

El desarrollo de la física de altas energías a nivel internacional se puede resumir mediante tres frentes de ataque a los problemas abiertos, los cuales definen tres fronteras: (i) La frontera de la energía se basa en la construcción de aceleradores que utilizan las mayores energías posi-bles y que por lo tanto exploran las menores dimensiones accesibles mediante estas técnicas. (ii) La frontera de la intensidad se basa en el uso de haces de partículas muy intensos para investigar procesos muy raros o aquellos donde se producen y estudian neutrinos. (iii) Finalmente, la frontera cósmica se basa en el uso del universo como laboratorio para complementar las mediciones que se hacen mediante

105LA PARTICIPACIÓN DE MÉXICO EN PROYECTOS INTERNACIONALES EN FÍSICA...

los aceleradores. Esta frontera ha dado lugar al desarrollo del área de la física conocida como astropartículas.

Las recomendaciones a nivel internacional en relación con el pro-greso de la física de altas energías y de la astropartículas en cada uno de estos tres frentes para los próximos años son las siguientes:

Frontera de la energía

• Participación en las mejoras del Large Hadron Collider (LHC).• Programa amplio de investigación y desarrollo (I&D) en acelera-

dores, incluyendo el International Linear Collider (ILC) y colisio-nadores de muones.

• Programa de I&D en tecnologías de detectores para prepararse para los futuros colisionadores de leptones.

Frontera de la intensidad

• Programa de primer nivel en la física de neutrinos incluyendo la construcción de un haz así como I&D de un detector de multi-propósito para neutrinos y desintegración de protones ya sea de Cherenkov de agua o de argón líquido.

• Apoyo a Double Chooz y Daya Bay para medir el ángulo de mez-cla Teta13.

• Apoyar el desarrollo de nuevos laboratorios Subterráneos para tratar de detectar las partículas que componen la materia oscura.

Frontera cósmica

• Estudio de la materia y de la energía oscuras.• Apoyo al Large-aperture Synoptic Survey Telescope (LSST, DM

Telescope).

Proyectos actuales en los que participa México

A pesar de que la física experimental en estas áreas se empezó a de-sarrollar en México a mediados de la década de los ochenta, gracias en gran parte a la iniciativa del Departamento de Física del Cinvestav


para enviar estudiantes al CERN y al Fermilab a trabajar en sus tesis de doctorado, en la actualidad hay una participación importante de grupos de investigación de México en los principales experimentos internacionales en física de altas energías y astrofísica.

La lista, actualizada a noviembre de 2017, de los experimentos de frontera a nivel mundial en los que participa México es la siguiente:

• Observatorio Pierre Auger, Argentina. Estudio de rayos cósmicos ultraenergéticos con energías > 1018 eV.

• Observatorio de rayos gamma HAWC, Sierra Negra, México. Es-tudio del universo en rayos gamma con energías entre 100 GeV y 100 TeV, búsqueda de ráfagas de rayos gamma.

• Latin American Giant Observatory (LAGO), multisitios de alta montaña (México, Bolivia, Perú, Ecuador, Guatemala, entre otros). Búsqueda de ráfagas de rayos gamma, física solar.

• LHC-Alice, CERN, Francia-Suiza. Plasma de cuark-gluon, condi-ciones extremas de la materia.

• LHC-CMS, CERN, Francia-Suiza. Búsqueda de nuevas partículas, supersimetría, materia oscura, extensiones del Modelo Estándar.

• Minerva, Fermilab, EUA. Dispersión de neutrinos de baja energía.• Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02), Estación Espacial Inter-

nacional. Rayos cósmicos, detección de antimateria.• MiniBooNE y MiniBooNE-DM, Fermilab, EUA. Oscilación de

neutrinos y búsqueda de materia oscura.• JEM-EUSO y TUS, Espacio. Estudio de los rayos cósmicos con ener-

gías mayores que 1019.• NA62, CERN, Francia-Suiza. Desintegración de kaones.• PIENU, TRIUMF, Canadá. Medida de precisión del decaimien-

to del pión, pruebas de universalidad en interacciones débiles.• Connie, Central Nuclear de Angra dos Reis, Brasil. Estudio de

neutrinos a bajas energías con CCDs (Charge-Coupled Devices), detección de la dispersión elástica coherente de neutrinos con núcleos.

• Damic, Snolab, Canadá. Búsqueda de materia oscura con CCDs (Charge-Coupled Devices).

• Belle II, KEK, Japón. Física del sabor, asimetría materia-antima-teria, física del leptón tau.

• DEAP, Snolab, Canadá. Búsqueda de materia oscura.• Pico, Snolab, Canadá. Búsqueda de materia oscura.• SNO+, Snolab, Canadá. Física de neutrinos.


• ISS-Cream, Estación Espacial Internacional. Física de rayos cós-micos.

• Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), Observatorio Na-cional de Kitt Peak, EUA. Mapeos de galaxias y cuasares, propieda-des del universo relacionadas con la energía y la materia oscuras.

• SDSS-IV: Sloan Digital Sky Survey, Observatorio Apache Point de Nuevo México, EUA. Mapeos de galaxias y cuasares, propieda-des del universo relacionadas con la energía y la materia oscuras.

• Moller, Jefferson Lab, EUA. Mediciones de ultraprecisión del án-gulo de mezcla débil usando dispersión Møller.

• Solid, Jefferson Lab, EUA. Violación de paridad en dispersión inelástica profunda de electrones, física hadrónica.

• CEBAF Large Acceptance Spectrometer (CLAS), Jefferson Lab, EUA. Física hadrónica.

• Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE), Fermilab, San-ford, EUA. Medición de flujos de neutrinos, desintegración del protón.

• NICA (Nuclotron-based Ion Collider Faсility), JINR Dubna, Ru-sia. Materia bariónica de alta densidad, mapeo del diagrama de fase de la Qcd.

• Accelerator Research JLab-TAMU. JLab y Texas A&M, EUA. Di-seño y construcción de un imán dipolar de 3.5 T para el Jefferson Lab Electron-Ion Collider (JLEIC).

• Electron-Ion Collider (EIC), EUA. Nuevo colisionador de electro-nes polarizados con núcleos, física de partículas, actualmente en etapa de planeación.

ÁREAS DE OPORTUNIDAD PARA EL DESARROLLO DE LA CIENCIA, LA TECNOLOGÍA Y LA INNOVACIÓN EN NUESTRO PAÍS

Se pueden identificar las siguientes áreas de oportunidad para desa-rrollar la física de altas energías y astropartículas en México:

• Involucrar estudiantes en esta área les permite desarrollar ha-bilidades en análisis de datos, instrumentación, computación, electrónica, etcétera.

• Algunas de estas áreas están poco desarrolladas en México, por ejemplo hay muy pocas personas formadas en el diseño y cons-trucción de electrónica de muestreo rápida (GS/s) y de bajo ruido.


• Existe la mejor disposición por parte de los laboratorios interna-cionales en FAE y astropartículas de recibir estudiantes mexicanos.

• Una alta experiencia en estos campos puede conducir a la crea-ción de fuentes de empleo como sucede en otros países.

DESARROLLO TECNOLÓGICO E INNOVACIÓN QUE SERÍA PERTINENTE REALIZAR A NIVEL NACIONAL, ESTATAL Y REGIONAL PARA APROVECHAR LAS ÁREAS DE OPORTUNIDAD

Se recomienda llevar a cabo las siguientes actividades:

• Seguir manteniendo la unidad como comunidad de física de altas energías y de astropartículas. La División de Partículas y Cam-pos de la Sociedad Mexicana de Física (DPyC-SMF) data de 1984 organizando una reunión anual y un taller o escuela por año.

• Seguir colaborando en la Red Temática de Altas Energías del Conacyt.

• Creación de laboratorios nacionales de FAE y astropartículas (des-de hace varios años se ha propuesto en cada oportunidad al Co-nacyt sin éxito).

• Iniciar un programa de I&D en aceleradores y detectores que eventualmente podría tener impacto en otras áreas de la ciencia (luz sincrotrón) y la medicina (hadronterapia).

• Gestionar con el Conacyt y otras instancias, un mayor apoyo a la participación de grupos de investigación en los grandes pro-yectos internacionales.

• Incrementar las actividades de divulgación en esta área.

ESTRATEGIAS PARA LA FORMACIÓN ACELERADA DE RECURSOS HUMANOS EN ESTAS ÁREAS DE OPORTUNIDAD

En los ochenta el Cinvestav inició el envío de estudiantes de doctorado a los principales experimentos del momento con asesores externos. Esta experiencia exitosa se puede repetir. Otras estrategias pueden incluir:

• Motivar a más estudiantes a inscribir tesis en proyectos inter-nacionales.


• Financiar a través de convenios internacionales la realización de estancias largas de los estudiantes en los sitios de los experi-mentos.

• Incrementar la labor de divulgación de la ciencia.• Hacer programas de identificación de niños y jóvenes con talen-

to para la física y las matemáticas.• Involucrar a la iniciativa privada para que se generen fuentes de

trabajo donde se aprovechen a los egresados altamente califica-dos que generan los programas de doctorado de física. En Mé-xico de tres mil personas que se doctoran al año solo consiguen trabajo mil quinientas.

PROPUESTA DE CREACIÓN DEL LABORATORIO NACIONAL DE ALTAS ENERGÍAS (LANFAE)

En su primera etapa el Lanfae incluiría la construcción de un acele-rador compacto para usarlo como fuente de luz sincrotrón y la cons-trucción de un prototipo de detector de neutrinos. En una segunda etapa se construiría un centro de hadronterapia.

Se considera necesario un presupuesto de 500 millones de dólares a ejercer en un periodo de ocho a 10 años.

Este Laboratorio sería un centro de excelencia para realizar inves-tigación teórica y experimental de frontera en física de altas energías y astropartículas, siendo a la vez un polo de desarrollo de tecnologías asociadas a la aceleración y detección de partículas. Para llevar a cabo la propuesta se requiere de la construcción de una sólida infraestructura en el o los sitios seleccionados.

Es importante mencionar que la comunidad mexicana de cientí-ficos en estas áreas ha estado trabajando en forma coordinada para el logro de estos objetivos desde hace varios años. Existen iniciativas y documentos donde se presentan los proyectos que incluyen la cons-trucción de una fuente de luz sincrotrón, de detectores de neutrinos o la creación de un centro de hadronterapia.

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PERSPECTIVAS PARA EL DESARROLLO DE UN PROGRAMA EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE ACELERADORES EN MÉXICO CON ÉNFASIS EN FUENTES DE LUZ

Carlos Hernández García*

MOTIVACIÓN

El desarrollo económico de las naciones está firmemente correlaciona-do con la capacidad de aquellas para generar desarrollos tecnológicos de vanguardia e insertarlos en el mercado global. En este proceso de - sempeñan un papel preponderante las capacidades científicas y la infraestructura necesaria para realizar investigación y desarrollo tec - nológico con el que las naciones cuentan.

Los desarrollos tecnológicos de vanguardia requieren usualmen-te de la comprensión del funcionamiento de la naturaleza a cierta escala y en ello históricamente ha sido fundamental contar con los instrumentos adecuados para la exploración de la materia a la escala pertinente. En este sentido la luz ha sido usada extensivamente para entender el comportamiento de la naturaleza a escalas sub-milimé-tricas y la capacidad de generación de nuevo conocimiento usando luz como herramienta tiene que ver con las propiedades de ésta. En particular las distancias que es posible resolver usando luz son siem-pre mayores que la longitud de onda de la misma, de tal forma que el estudio de la naturaleza a la escala de micras puede aún hacerse con luz visible (E= 2 eV-5 eV) pero para el estudio de la estructura de las

* Free Electron Laser, Jefferson Lab.


moléculas y la cristalografía de materiales las distancias a resolver están en el rango 10-7 -10-9 m y se requiere de luz entre el ultravioleta (UV) y los rayos X duros (E=10 eV-10 KeV). Cabe señalar que no es suficiente contar con fuentes de rayos X para el estudio eficiente de la estructura de la materia a escala nano-métrica. Es necesario ade-más que la luz tenga la brillantez e intensidad suficiente, esté bien enfocada y el haz tenga la coherencia espacial y temporal adecuada para resolver la estructura espacial y temporalmente. Hoy día, luz con estas características solo puede ser producida en instalaciones basadas en aceleradores de partículas llamadas fuentes de luz sincro-trón y han sido fundamentales en el desarrollo de los países que han logrado establecerlas. Como un primer indicador, existe una clara correlación entre el número de fuentes de luz sincrotrón y el grado de desarrollo alcanzado por el país: EUA (15), Japón (11), Alemania (9), Rusia (4), Francia (3), Italia (3), China (3), Ucrania (2), Reino Unido (1), Dinamarca (1), Suecia (1), Holanda (1), Suiza (1), India (1), Corea (1), Ca - nadá (1), Brasil (1), España (1), Australia (1), Singapur (1), Armenia (1), Taiwán (1) y Tailandia (1).

113PERSPECTIVAS PARA EL DESARROLLO DE UN PROGRAMA EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA...

El desarrollo económico de nuestro país implica construir in-fraestructura científica de frontera para usuarios de múltiples disci-plinas, que dé sustento a la competitividad de los grupos dedicados a la ciencia y al desarrollo tecnológico en México, que aproveche la capacidad industrial del país y detonen procesos de innovación y diversificación de la producción en este sector. Un proyecto de esta naturaleza requiere desarrollar la ciencia y tecnología de aceleradores de partículas en nuestro país. Esta área del conocimiento ha pasado a ser estratégica y se ha convertido hoy en día en un tópico que se aplica en múltiples ámbitos de la actividad humana. Podemos decir que hoy en día no hay un tema de la investigación y el desarrollo tec-nológico que no dependa de una aplicación de la ciencia y tecnología de aceleradores. El potencial para el desarrollo tecnológico nacional viene de la implementación de “Beamlines” o estaciones de trabajo, tanto para el haz de electrones como para el haz de fotones al pro-porcionar instrumentos de frontera para el análisis y diseño de una gran variedad de sistemas: análisis estructural, circuitos, fármacos, contaminación, sólidos, macromoléculas, nanoestructuras, reacciones químicas en tiempo real etc., todas de interés industrial. Como un reducido número de las posibles aplicaciones podemos mencionar:

• Producción de isótopos radioactivos para medicina.• Seguridad nacional con respecto a detección de explosivos vía

sistemas de imagen a gran escala (TeraHertz y rayos X).• Física de superficies y física molecular.• Desarrollo de nuevos fármacos.• Desarrollo de nuevos materiales, estado sólido, semiconductores.• Química, biología, ciencias ambientales y ciencias médicas.• Análisis cristalográfico para exploración de yacimientos petro-

líferos.

Un indicador de la necesidad de contar con una fuente de luz sincro-trón lo constituye el número de usuarios mexicanos de instalaciones de este tipo en el extranjero. Recientemente se ha formado la Asocia-ción de Usuarios Mexicanos de Radiación Sincrotrón (Mesyrua por sus siglas en inglés) que cuenta con alrededor de 140 miembros y ha


tenido ya dos encuentros (ver http://sciencechiapas.net/SRmexusers/index.html).

La ciencia y tecnología de aceleradores es una rama del conoci-miento dedicada al diseño, construcción y operación de aceleradores de partículas. Está basada en el estudio de la producción, movimien-to, manipulación y observación de haces de partículas con carga eléctrica y su interacción con los campos electro-magnéticos gene-rados por el mismo haz y por las estructuras propias del acelerador. Dependiendo de la aplicación deseada es el tipo de acelerador, el cual se puede caracterizar por la energía, intensidad, y brillantez del haz de electrones. En particular, los aceleradores como fuentes de luz se pueden dividir en dos grandes grupos, lineales y circulares (anillos de almacenamiento o sincrotrones). Aunque su principio de funcio-namiento es similar, el tamaño de la máquina y su infraestructura, la energía, coherencia, y flujo de los rayos X producidos por el efecto sincrotrón son muy diferentes. Hoy día existe tecnología probada para la construcción de estos complejos y el eventual establecimiento de una fuente de luz en México requiere de la decisión política para emprender masivamente el proceso de formación de los recursos humanos necesarios.

Las fuentes de luz son complejos costosos y de gran tamaño debi-do a lo cual se siguen buscando alternativas más baratas y pequeñas llamadas fuentes de luz compactas. Estas tienen la ventaja de ser pequeñas, del tamaño de un laboratorio universitario convencio-nal, pero a diferencia de las fuentes de luz sincrotrón que puede dar servicio a decenas de usuarios a la vez, las fuentes de luz compactas han sido hasta hoy concebidas para un solo usuario. Es importante destacar que hay una fuerte actividad en el desarrollo de fuentes de luz compactas y solo recientemente se han logrado diseños con un haz de luz con características que las hacen competitivas con las fuentes de luz sincrotrón de segunda generación. Mas importante aún, este di-seño es esencialmente el de un mini-sincrotrón de baja energía que en lugar de dispositivos de inserción (onduladores o zig-zagueadores), usa un haz de fotones de baja energía (en el infrarrojo) para producir


la luz sincrotrón en un proceso denominado dispersión Compton inversa. Para propósitos del inicio del entrenamiento de técnicos y especialistas en el área en México, variaciones sobre este diseño son sumamente apropiadas pues es posible hacer una fuente de luz no tan compacta, con capacidad para dar servicio simultáneamente a varios usuarios usando el mismo principio. La propuesta principal de esta contribución versa sobre una fuente de luz semi-compacta, un mini-sincrotrón de cuatro metros de radio con capacidad para dar servicio a seis usuarios simultáneamente. El diseño, construcción y puesta en operación de una fuente de luz compacta en México con el diseño de un mini-sincrotrón y con dimensiones del orden de cuatro metros de radio pondría a México en la frontera de formas alternativas y baratas de obtener rayos X con la suficiente brillantez y con capaci-dades complementarias a los obtenidos en fuentes de luz sincrotrón. Más importante aún, un proyecto en esta dirección constituye una etapa intermedia para el proyecto de una fuente de luz sincrotrón me - xicana convencional, jugando un papel central en la adquisición de experiencia y en la formación masiva de recursos humanos para este proyecto de mayor envergadura como detallaremos más adelante.

PROCESO

La figura 1 es una representación gráfica de nuestra propuesta para el proceso. La primera etapa está concentrada en la formación de recursos humanos en el extranjero, la cual ya está en marcha y, en cierta forma, madura. Actualmente ya hay estudiantes en formación en el área, dos de los cuales terminan su doctorado este año.

La segunda etapa considera el establecimiento de un Centro Re-gional para el Estudio y Aplicaciones de Aceleradores. Este centro será el espacio central para el entrenamiento de técnicos de las distintas áreas del conocimiento involucradas en el funcionamiento de un sincrotrón y estudiantes de posgrado especializados en el diseño de los componentes de los aceleradores que se fabricarán en México. El


objetivo en esta etapa, además de la formación de recursos humanos es la puesta en marcha de una fuente de luz sincrotrón semi-compac-ta multiusuarios que producirá luz en la región de TeraHertz, en el infrarrojo. En forma complementaria se dará inicio, dependiendo de los recursos, al diseño y construcción de aceleradores de uso médico e industrial. Una vez alcanzado un número significativo de personal con conocimientos y habilidades en la ciencia y tecnología de aceleradores en el corto plazo (a lo más cinco años a partir del otorgamiento de re-cursos) se plantea escalar el Centro Regional a un Laborario Nacional de Luz Sincrotrón, que daría servicio a miles de usuarios nacionales e internacionales proveyendo una herramienta para el estudio a nivel molecular para las ciencias ambientales, la industria farmacéutica, ciencias de materiales, nano-fabricación, etc. Los recursos para esta última etapa no se contemplan en esta propuesta.

Fuente de Luz

Centro Nacional

Centro Regional para el estudio y

aplicaciones de aceleradores

Formación de recursos humanos

Figura 1. Esquema para el desarrollo de la ciencia y tecnología de aceleradores en México.



El desarrollo e implementación de un programa en ciencia y tecno-logía de aceleradores está fundamentado en la formación de recursos humanos y si México pretende insertarse en el concierto de las na-ciones desarrolladas debe emprender un programa agresivo en este sentido. El éxito del programa de desarrollo de aceleradores depende de la solidez de esta base, la cual debe desarrollarse a todos niveles: estudiantes, técnicos, investigadores, profesores, etcétera.

Estudiantes

Existen varios mecanismos para guiarlos:

• Estudios de doctorado en el extranjero.• Cursos especiales en México (Escuela Mexicana de Física de Ace-

leradores) y en el extranjero (United States Particle Accelerator School).

• Veranos Científicos en el extranjero.

La ciencia y tecnología de aceleradores es un área multidisciplinaria, por ello deben enviarse estudiantes de física, ingeniería mecánica, eléctrica, electrónica, mecatrónica, ciencias computacionales, etc., a instituciones en el extranjero para realizar estudios de doctorado en las diversas ramas de física de aceleradores. Las siguientes son algunas de las universidades en EUA con este tipo de programas:

• Old Dominion University (Virginia)• Cornell University (Nueva York)• University of California Berkeley• University of California Los Angeles• Stony Brook University (Nueva York)• Idaho State University• Northern Illinois University


Estas actividades deben ser manejadas cuidadosamente para que los estudiantes tengan la motivación y los medios para regresar a México como profesores y guías del programa de aceleradores a nivel nacional en un ambiente multi-institucional y multidisciplinario.

Se puede beneficiar a un mayor número de estudiantes al facilitar asistencia a programas especialmente diseñados para la enseñanza de física de aceleradores. Por ejemplo, la Escuela Estadounidense de Aceleradores de Partículas (United States Particle Accelerator School), la cual imparte cursos a nivel licenciatura y nivel posgrado en varias universidades de los Estados Unidos. Los cursos tienen una duración de dos semanas impartiéndose dos veces por año, en enero y en junio. Los estudiantes que aprueban el curso, el cual incluye 45 horas en el salón de clase, problemas y exámenes diarios, reciben tres horas crédito o el equivalente a una materia semestral. El mecanismo para la acreditación del curso para estudiantes inscritos en universidades mexicanas tendrá que desarrollarse directamente con el director del programa, Dr. William Barletta del Massachusetts Institute of Technology vinculado con Fermilab. El Dr. Barletta ha expresado sincero interés en ayudar a la formación de estudiante mexicanos, al mencionar que USPAS podría desempeñar un papel extremadamente valioso al respecto.

Figura 2. Estudiantes mexicanos en estancias de verano en JLab.


Siguiendo el ejemplo de USPAS y con el apoyo de Conacyt, la Pri-mera Escuela Mexicana de Aceleradores de Partículas (Mepas) se llevó a cabo en la ciudad de Guanajuato entre septiembre y octubre del año 2011. La escuela contó con una asistencia de 42 estudiantes de pos-grados y avanzados de licenciatura en física e ingeniería provenientes de todo el país y de siete profesores. Los cursos fueron impartidos por varios investigadores y profesores de distintas instalaciones basadas en aceleradores de Europa y los Estados Unidos. Es necesario implemen-tar la realización de una escuela en México (Mepas) cada año.

Los Veranos Científicos en el extranjero ofrecen un esquema más personalizado para el entrenamiento directo de estudiantes. El programa se originó en la década de 1980 con la motivación de científicos de la División de Partículas y Campos de la Sociedad Mexicana de Física para formación de recursos humanos en áreas experimentales de altas energías. El concurso a nivel nacional cuenta generalmente con una asistencia de 20 a 30 estudiantes cada año. En el transcurso de tres días los estudiantes reciben clases en cinco materias en las cuales son evaluados y finalmente son entrevistados por un panel de profesores de varias instituciones. El proceso es altamente selectivo, eligiendo entre cuatro y seis estudiantes quie-nes participan en un programa de 10 semanas durante el verano en instituciones como CERN, DESY y Fermilab, en los últimos años algunos estudiantes de estos programas han ido al área de acelerado-res. En el 2009, el Free Electron Laser del Jefferson Lab en Newport News, Virginia se agregó a la lista de instituciones participantes, y en el 2013 el Lawrence Berkeley National Lab se ha comprometido a unirse al programa, recibiendo al primer estudiante para el verano de este año. Los estudiantes que han participado en el programa en el Jefferson Lab obtienen entrenamiento en diversas áreas de física de aceleradores, desde teoría y simulaciones, hasta construcción y operación de fuentes de electrones.

Como se mencionó anteriormente, estos mecanismos han sido puestos en marcha y hay ya resultados de estos procesos de forma-ción. La figura 2 muestra una fotografía de estudiantes mexicanos


trabajando en el laboratorio de ciencias de vacío en JLab, la figura 3 muestra a estudiantes de maestría mexicanos trabajando en el diseño y construcción de un cañón de electrones en mi laboratorio de pruebas en JLab, mientras que la figura 4 muestra al primer estudiante de doc-torado en las instalaciones de Niowave haciendo las pruebas de ren -dimiento de la cavidad de cangrejo que él diseñó en CAS-ODU-JLab.

Figura 3. Estudiantes mexicanos en el laboratorio de pruebas del inyector de JLab.

Respecto de JLab, la cronología de su involucramiento en el proceso es la siguiente:

• 2010. Un representante de la DPyC-SMF (Dr. Mauro Napsucia-le) visita Jefferson Lab y Old Dominion University para explorar mecanismos de colaboración.

• 2010. El primer estudiante mexicano es admitido al doctorado en el programa de ODU-JLab.

• 2011. La Dirección Adjunta de Desarrollo Científico de Conacyt forma un comité nacional y otorga un apoyo específico que tiene la finalidad de concebir una propuesta metodológica para la crea-ción de una fuente de luz sincrotrón en México. Con estos fon - dos entre otras cosas se organiza el Primer Encuentro de Usuarios Me xicanos de Radiación Sincrotrón (Mesyrum I) en Cuernavaca y la Primera Escuela Mexicana de Aceleradores de Partículas (Me-pas I) en Guanajuato. Participaron en esta última 42 estudiantes de posgrado y avanzados de licenciatura de física e ingeniería de


todo el país y ocho profesores. JLab participa activamente en la organización de Mepas. De este esfuerzo surgen dos propuestas complementarias que son turnadas a la Dirección Adjunta de Desarrollo Científico de Conacyt.

• 2010-2013. Otros grupos en el país iniciaron también la forma-ción de recursos humanos. Actualmente, la lista no extensiva de recursos humanos en formación incluye: seis estudiantes de doc-torado (dos en ODU-JLab, tres en el CERN, uno en UBC-TRUIMF, Canadá), tres de ellos en etapa avanzada; cuatro estudiantes de maestría (en ODU-JLab), una tesis de licenciatura presentada en el área (Universidad de Guanajuato) y una estancia de un año de un técnico en el sincrotrón ALBA de Barcelona.

Figura 4. Primer estudiante mexicano de Univ. de Gto.-ODU-JLab en las instalaciones de la compañía Niowave efectuando pruebas

de rendimiento a su diseño de una cavidad de cangrejo.


Ingenierías y técnicas especializadas

Además de la continua preparación de estudiantes, es fundamental entrenar a ingenieros y técnicos estableciendo colaboraciones con instituciones en el extranjero para la participación activa en el de-sarrollo, construcción, mantenimiento y operación de aceleradores. Algunas de las diversas áreas de especialización se listan a conti-nuación:

• Electroimanes de alta precisión• Sistemas de radiofrecuencia• Sistemas de vacío• Fuentes de voltaje de corriente directa• Sistemas de refrigeración con agua de baja conductividad para

electroimanes• Sistemas criogénicos (2-4 Kelvin)• Control de radiación• Sistemas de protección para personal y para el acelerador• Instrumentación y control

Personal técnico

En paralelo con el entrenamiento de estudiantes, ingenieros y téc-nicos, profesores y los estudiantes recién graduados de doctorado podrían realizar estancias de post-doctorados en instituciones del extranjero con objetivos específicos de entrenamiento. Algunas de las instituciones en el extranjero con las cuales se pueden establecer convenios de cooperación son: Thomas Jefferson National Accelera-tor Facility/Old Dominion University, Cornell Light Source (CHESS), Lawrence Berkeley National Lab., University of California Los Angeles Particle Beam Physics Laboratory, Brookhaven National Laboratory, Argonne National Light Source, University of Wisconsin Light Source (Aladdin), Idaho State Center for Accelerators, United States Particle Accelerator School (USPAS), Brazilian Light Source, Sincrotrón ALBA (España).


CENTRO REGIONAL PARA EL DESARROLLO Y APLICACIONES DE ACELERADORES

La etapa de formación en México de estudiantes y personal técnico requiere un espacio físico con las condiciones apropiadas para el funcionamiento de un acelerador. Se sugiere entonces la creación de un Centro Regional para el Desarrollo y Aplicaciones de Acele-radores que concentre los esfuerzos y sirva para que los estudiantes de doctorado del área, a su regreso a México recién graduados del doctorado, se conviertan en una nueva generación de profesores al frente del entrenamiento de estudiantes y técnicos durante la cons-trucción y operación de dichos aceleradores. Esta constituiría una vía de formación de recursos humanos en México paralela a la forma-ción en el extranjero. Este Centro Regional se convertiría en la parte experimental de cursos permanentes en física de aceleradores. Los laboratorios serían una plataforma de entrenamiento multi-discipli-nario incluyendo ingeniería eléctrica, electrónica, mecánica, ciencias computacionales, física teórica, experimental, etcétera.

El Centro Regional requeriría de un edificio donde diseñar, insta-lar y operar aceleradores, con infraestructura adecuada (aislamiento para radiación, circuitos eléctricos, circuitos de agua de baja con-ductividad para refrigeración, etc.) y en el contexto actual podría iniciar como un Centro de Investigación de Conacyt con la consigna de evolucionar en el mediano plazo a un Laboratorio Nacional en el que participen varias universidades en un esquema de consorcio uni-versitario. La sugerencia es la implementación inmediata del Centro Regional coordinado por la Universidad de Guanajuato que ya inició hace tres años la formación de recursos humanos enfocada al diseño y construcción de una fuente de luz compacta. El proyecto en esta etapa intermedia estaría centrado en el desarrollo de una fuente de luz se-mi-compacta multiusuarios y en el resto del documento nos restringi-remos a describir las etapas de este proyecto, entendiendo que, siendo un proyecto con interés propio, objetivos y metas específicos, puede considerarse también como una etapa intermedia en la formulación


de un proyecto de un laboratorio nacional de luz sincrotrón. Enfa-tizamos entonces que los requerimientos financieros plasmados en este documento son específicos de la fuente de luz semi-compacta.

Las fases para la fuente de luz semi-compacta multiusuarios serían las siguientes:

Fase 1: Diseño, construcción e implementación del inyector que con-siste en el cañón de electrones, el Linac de 25 MeV, la línea de diag-nóstico, un dipolo que produciría luz en la región de TeraHertz y serviría para estudios del espacio fase longitudinal, y un beam dump. Esto tomaría alrededor de dos años y estimamos el costo total de equipamiento en 15 millones de dólares.

Fase 2: Diseño, construcción e implementación del anillo, con al menos una sección recta que permita después la implementación de la región Compton. Se pueden agregar otras líneas de THz para usuarios. Esto tomaría entre uno y dos años más y el costo total sería de 15 millones de dólares adicionales. En este punto ya sería posible generar luz sin-crotrón en la región de TeraHertz. La energía correspondiente está en la región de las excitaciones moleculares y hay una gran actividad a ni-vel internacional en las aplicaciones de la luz de TeraHertz, entre ellas, imagenología, seguridad, escaneo de contenedores etc. En la figura 6 se muestra un primer diseño del anillo de acumulación en el que se han calculado los principales parámetros del mismo en una estructura Double Bend Achromat (DBA) con ocho dipolos y cuatro cuadrupolos. Está diseñado para trabajar de manera estable a 25 MeV y con un radio de cuatro metros y cuatro secciones rectas. El cálculo ha sido realizado por Luis Medina, estudiante de maestría de la Universidad de Guanajuato (asistió a la Mepas y ha asistido a la USPAS), usando el código por él generado durante su tesis de licenciatura que consistió en cálculos similares para el anillo de una fuente de luz sincrotrón acorde con las necesidades detectadas de los usuarios mexicanos. Este diseño permitiría el establecimiento inmediato de seis estaciones de trabajo en la región de TeraHertz y espacio para el establecimiento posterior


de seis estaciones para rayos X por dispersión Compton inversa y de luz sincrotrón en el infrarrojo mediante el uso de onduladores.

Fase 3: Diseño, construcción e implementación de los láseres y las estaciones de trabajo para rayos X y luz sincrotrón en el infrarrojo. La implementación de la primera estación de rayos X puede hacerse en un año. Esto se puede hacer en paralelo con fases 1 y 2 pero para ello es necesario contar con los recursos económicos de manera paralela. El costo estimado de esta fase es de 15 millones de dólares.

Además de este proyecto bien definido, el Centro Regional puede desarrollar algunas de las aplicaciones de los aceleradores en un mode-lo similar al Centro de Aceleradores de la Universidad de Idaho en Estados Unidos. Este Centro inició con propósitos educativos y even-tualmente creció en número de aceleradores así como la complejidad y energía del haz de electrones generado, permitiendo ofrecer servicios a la industria privada y al gobierno estadounidense en materias tan diversas como seguridad nacional, tratamiento de materiales y pro-ducción de isótopos radioactivos para la industria médica. Una varian-te interesante en este caso es la posibilidad de construir o contribuir al diseño de aceleradores de uso médico para un centro nacional de tratamiento de cáncer por hadronterapia, que ya ha sido también propuesto en el pasado en México.

Además de las aplicaciones de la fuente de luz semi-compacta, algunas de las múltiples aplicaciones con las que tal centro podría contribuir al desarrollo económico son:

• Producción de isótopos radio-activos por transmutación para aplicaciones médicas (requiere un Linac de más alta energía).

• Seguridad nacional en el desarrollo de detectores de materiales radioactivos y explosivos, así como en la tecnología de imáge-nes por TeraHertz y por rayos X para exploración y monitoreo de superficies a gran escala, como contenedores de transporte, por ejemplo.

• Vinculación con el sector educativo para la formación continua de recursos humanos para el manejo de aceleradores de uso médico.


• Vinculación continua con la industria para la implementación de tecnologías de vanguardia, por ejemplo en esterilización de pro-ductos alimenticios, tratamiento de materiales, análisis estructu-ral y análisis cristalográficos para la industria química, etcétera.

Figura 6.

a) Anillo de acumulación de una fuente de luz compacta estable.b) Envolvente del haz mostrando la estabilidad del mismo.

El Centro Regional sería el punto de partida para la masificación de la formación de recursos humanos en el área y de los usos de los aceleradores en el sector industrial, en medicina y en investigación y desarrollo tecnológico en general. Al término de esta etapa se estaría ya en posibilidades reales de iniciar la etapa de construcción de una fuente de luz sincrotrón mexicana.


LABORATORIO NACIONAL DE LUZ SINCROTRÓN

Este es un proyecto significativamente mayor que el del Centro Regio-nal con respecto al costo y complejidad, pero también en el impacto científico, tecnológico y socioeconómico. Las motivaciones para tener una fuente de luz sincrotrón en México pueden resumirse en que constituyen un elemento de competitividad de los grupos que hacen ciencia y desarrollo tecnológico en México en una gran variedad de disciplinas científicas, impactando de manera significativa en el desa-rrollo tecnológico y por lo tanto en el desarrollo económico del país. Al llegar a esta etapa, se tendrá ya una buena capacidad de experien-cia acumulada (know how) y recursos humanos formados de las dos etapas anteriores para emprender esta empresa mayor. El costo total del proyecto es del orden de 300 millones de euros distribuidos a lo largo de aproximadamente cinco años que duraría la construcción. Hay ya estudios preliminares de los costos y una propuesta metodo-lógica plasmada en el proyecto “Laboratorio Nacional de Aceleradores y Luz Sincrotrón: Fase II, diseño y prototipos” editado por Armando Antillón, Rodolfo Leo, Matías Moreno y Mauro Napsuciale y entre-gado a la Dirección Adjunta de Desarrollo Científico de Conacyt en noviembre de 2011.

Además de la importancia estratégica nacional ya descrita, la sola construcción de este complejo trae consigo desarrollo económico a la industria local y nacional si el diseño y construcción de la mayor parte de los componentes se encargan a la industria nacional, por ejemplo, los Klystrons (amplificadores de radiofrecuencia) pueden ser reempla- zados con amplificadores electrónicos desarrollados en México; los electroimanes y fuentes de voltaje, sistemas de refrigeración por agua de baja conductividad, sistemas de control y monitoreo remo-to, etc., pueden ser desarrollados como proyectos multidisciplinarios y multi-institucionales en los que la industria mecánica, eléctrica y electrónica del país debe participar activamente actualizando y mo-dernizando sus esquemas de producción con la tecnología de pun-ta necesaria que ya habría sido traída a México por los estudiantes


en las primeras etapas. Esto tiene el efecto colateral de modernizar nuestra industria en base a necesidades tecnológicas derivadas de la investigación en un proceso que debe replicarse para otros proyectos porque son precisamente estos mecanismos los que mantienen al día a la industria en los países desarrollados. El círculo virtuoso se cierra con los beneficios económicos directos que se generan durante la construcción de la obra civil, y de manera sostenida al entrenar y emplear técnicos, ingenieros, investigadores, etc., que mantienen las operaciones del Laboratorio Nacional.

Un ejemplo de un proyecto análogo es el Laboratorio Nacional de Luz Sincrotrón de Brasil, siendo la única fuente de luz en Latinoa-mérica, diseñado y construido con tecnología y personal brasileños (Ref. P.F. Tavares et al., PAC Conf. Proc., 325-329 [2005]). El concepto y diseño se desarrolló en 1987 y su construcción culminó en 1997, incorporando en su organización su función como Centro Nacional de Investigación, vínculos de cooperación con la comunidad científica internacional, y una estrecha interacción con el sector industrial. En julio de 1997 abre sus puertas con siete líneas para usuarios y con un fuerte desarrollo de infraestructura nacional en instrumentación científica y en física e ingeniería de aceleradores. Entre 1997 y 2008 se desarrollan una serie de mejoras y en el 2009 cuenta con 16 líneas para usuarios, convirtiéndose en una fuente de luz con servicio a la comunidad internacional para realizar estudios en ciencias de la vida, biología molecular, ciencias de materiales, ciencias ambientales, micro y nano-fabricación, etc. El Centro Nacional de Luz es utilizado anual-mente por más de 2 700 investigadores brasileños e internacionales, con más de 500 estudios y aproximadamente 250 artículos publicados hasta la fecha. Aproximadamente 20% de los estudios son desarrolla-dos por científicos externos a Brasil. El laboratorio también ha jugado un papel fundamental en el desarrollo de la industria nacional en proyectos de energía, químicos y farmacéuticos. Ha sido tal el éxito de esta fuente de luz, que se está construyendo la segunda fase para incrementar la calidad del haz de luz sincrotrón y darle servicio a un mayor número de usuarios.


La realización de un centro nacional similar al de Brasil con el impacto industrial, científico y socioeconómico para nuestro país depende en gran medida de la motivación y del compromiso de la comunidad mexicana beneficiada por un proyecto de esta magnitud, que como ya hemos revisado, se extiende a todos los sectores. Existen muchas posibilidades para la implementación de las diversas etapas mencionadas en este documento, así como también la disposición de directivos de las diversas fuentes de luz y aceleradores en los Estados Unidos y Europa para colaborar en el desarrollo de este programa.

EL PROYECTO

México está ante la oportunidad de iniciar un programa nacional de aceleradores cuyo impacto económico sería muy importante por las implicaciones en la industria y en los grupos dedicados al desarrollo tecnológico. Retrasar el inicio de este programa significaría la am-pliación de la brecha tecnológica de México respecto de los países más desarrollados. Está en marcha ya un programa de formación de recursos humanos en el área y es urgente que estos grupos incipientes cuenten con las facilidades para iniciar la construcción de acelera-dores en México.

La propuesta inmediata y concreta es invertir 45 millones de dólares en un periodo de cinco años para el establecimiento de una fuente de luz semi-compacta multiusuarios de TeraHertz y rayos X. La primera etapa requiere 15 millones de dólares, durante dos años al término de los cuales se tendría en funcionamiento el Linac y uno de los dipolos para generación de luz de TeraHertz de baja lumino-sidad. La segunda etapa se extendería por dos años más y prevé la construcción del mini-anillo de acumulación. Esta etapa requiere una inversión de 15 millones de dólares adicionales y al final se es-taría produciendo luz sincrotrón en la región de TeraHertz. En la tercera etapa se implementarían los dispositivos para la producción de rayos X mediante dispersión Compton inversa y se instalarían los


dispositivos onduladores para la producción de luz sincrotrón en el in-frarrojo. La instalación de una estación de trabajo para rayos X por dis - persión Compton inversa duraría un año y para ello se requeriría una inversión de 15 millones de dólares adicionales. Hay espacio para implementar más estaciones de trabajo de rayos X o en el infrarrojo, pero ello requeriría inversión adicional.

Cabe señalar que esta propuesta, además de ser en sí un proyecto viable, con tecnología probada, y resultados esperados bien estable-cidos, es también una etapa de formación de recursos humanos y adquisición de experiencia en el proceso de la eventual construcción de un Laboratorio Nacional de Luz Sincrotrón en México.

131

ALGUNOS ASPECTOS FUNDAMENTALES DEL PROCESO DE LA CIENCIA, LA FÍSICA

Octavio José Obregón Díaz*

LA CURIOSIDAD, LA INTUICIÓN Y EL ASOMBRO

La intuición seguida del asombro (lo he llamado insight en otros es-pacios): es la capacidad de darse cuenta, es tomar conciencia en forma súbita de una realidad, es un poco como “una palmada en la frente”. Este proceso se encuentra en cada aspecto de la vida e inteligencia del ser humano, en todo tipo de trabajo. En cada caso, la mujer o el hombre inteligente tienen una mayor rapidez y habilidad para darse cuenta, para comprender el punto medular. Sus acciones y discursos revelan las mismas características que aquellas que produjeron el Eureka de Arquímedes.

El inquirir de manera metódica no es privativo de las ciencias experimentales, la filosofía o las matemáticas. Después de que los niños han logrado descubrir el lenguaje, una avalancha de pregun-tas se generan: ha surgido la curiosidad. El intelecto se desarrolla mediante incesantes ¿qué? y ¿por qué? Estos fructificarán sólo al darnos cuenta de que si verdaderamente queremos comprender las respuestas, de alguna manera tenemos que encontrarlas nosotros mismos.



El asombro emerge entonces como una liberación, después de un periodo en el que se inquiere, se busca, se entiende; surge de ma-nera súbita e inesperada. Es una función de condiciones internas. Las condiciones externas pueden ser las mismas para varios, pero sólo aquel o aquella con las condiciones internas apropiadas logra-rá este proceso. Transita entre lo abstracto y lo concreto. Nuestro entendimiento profundo puede ser a través de conceptos, ideas o incluso símbolos abstractos, como en matemáticas o física. Lo re-cientemente comprendido se convierte en parte de nuestro habitual entendimiento.

Los que nos dedicamos a la investigación sólo hemos conocido una manera de aprender para que eventualmente en nuestras bús-quedas científicas emerja el asombro en nuestro entendimiento y es trabajar junto con un buen investigador, es un proceso muy individual y no existe un método específico a seguir. Lo más importante es el compromiso y la búsqueda que cada investigador asume con sus propios problemas de investigación, pues éstos le presentarán retos y características nuevas para los cuales, los procedimientos y métodos conocidos no basten, impulsándolo a interpretarlos, entenderlos y resolverlos de una manera novedosa.

Sin la intuición y el asombro, la ciencia no podría avanzar. Ex-cepcionalmente los resultados son brillantes y sorprendentes. Sin embargo, en la ciencia, al perseverar en la investigación con fre-cuencia se acumulan éxitos parciales que contribuyen a integrar un grupo de conocimientos que constituyen más tarde los elementos que se convierten en necesarios para una profunda comprensión y un gran logro.

El proceso es inherente a la creatividad humana en todos los cam-pos, es de particular relevancia en la ciencia. Sin esta última, la hu-manidad no habría progresado. Menciono un dato: se calcula que el 30% de la economía de los Estados Unidos está basada en tecnologías que tienen como base fundamental a la mecánica cuántica.

Creo que todos los que hemos dedicado una larga carrera a la ciencia hemos transitado por este proceso.

133ALGUNOS ASPECTOS FUNDAMENTALES DEL PROCESO DE LA CIENCIA, LA FÍSICA

CIENCIA LIBRE Y CIENCIA DIRIGIDA

En nuestra búsqueda por entender la creación científica y tecnológica, tenemos que escudriñar las razones del impacto maravilloso, que ha tenido en los últimos 400 años. Así, desde luego, es válido preguntarse si tiene sentido pretender conducir este impulso creativo en alguna dirección. Alfred Schild, un distinguido colega quien fuera profesor en Austin, Texas, EUA, decía que al hablar de actividades en ciencia no hay que denominar a las ciencias básica y aplicada, sino ciencia libre y ciencia dirigida.

Ejemplificaré el proceso de la ciencia mostrando cómo la ciencia que se hace libremente, es decir, esencialmente buscando entender, comprender, puede dar resultados importantes en nuestro conoci-miento de la naturaleza y de extraordinario beneficio para la sociedad. También mencionaré cómo la ciencia dirigida que pretende buscar y encontrar algo de particular uso, puede resultar en un descubri-miento de gran relevancia científica y de utilidad e impacto para nuestra sociedad. Para este propósito, mencionaré dos ejemplos de otras áreas de la física.

Charles H. Townes y sus colaboradores fueron capaces de obtener energía de moléculas y átomos seleccionando especialmente aquellos con exceso de energía y después haciendo que las ondas de luz inte-raccionaran con ellos, estas ondas toman esta energía y ello las am-plifica y las hace más grandes, con más energía. Aprendimos varias cosas en una plática en León, Guanajuato, de este físico ejemplar: se debe perseverar cuando se cree en una idea, siendo muy analítico y crítico y puede que aun así no funcione lo que uno investiga. Al profesor Townes, siendo un joven investigador en el proceso de su descubrimiento, un Premio Nobel del departamento de Física donde trabajaba le dijo: “su propuesta no va a funcionar, está usted desper-diciando los recursos de la Universidad y debe detener ese trabajo”. Tres meses después, el experimento estaba funcionando y el Premio Nobel le dijo “bueno, creo que debo admitir que usted sabe más sobre lo que está haciendo, que lo que yo sé”.


Quizá lo más notable es que nos contó este Premio Nobel, que muchos colegas fueron a su laboratorio y vieron que estaban en el pro-ceso de construir el máser (antecesor del láser en la llamada región de microondas) y decían “bueno, es una linda idea”. Pero, nadie más trató de construir uno, no compitieron con ellos; no pensaron que valiera la pena el esfuerzo. Así, si bien hubo al principio reconocimiento al descubrimiento, casi nadie vislumbró su tremenda utilidad.

La curiosidad y búsqueda científica de Charles H. Townes lo con-dujo a entender y crear uno de los artefactos más sensacionales y útiles a nuestra sociedad. Él es un ejemplo de un investigador perseverante realizando libremente (no sin presiones) la investigación en que creía.

El caso de otro de los descubrimientos con más impacto en el de-sarrollo del mundo moderno, el del transistor, inicia con la búsqueda de tratar de reemplazar los tubos al vacío usados para amplificar. William Shockley planteó el problema de por qué un amplificador que él había diseñado con silicón, no funcionaba. John Bardeen y Walter Brattain estudiaron el problema utilizando otro cristal, el germanio y lograron el primer transistor. Así, mediante esta ciencia orientada no se logró sólo lo esperado, sino algo, el transistor, que cambió la historia de las computadoras. La primera generación de computadoras utilizó tubos al vacío, la segunda los transistores, la tercera circuitos integrados y la cuarta usa microprocesadores.

Los tres descubridores del transistor fueron reconocidos también con el Premio Nobel. Años después, John Bardeen ganaría un segundo Premio Nobel en Física por su trabajo en superconductividad.

Ciencia libre y ciencia dirigida de la mejor calidad, conducen a un profundo entendimiento del fenómeno científico de interés y pueden, como lo hemos comentado, producir incalculables beneficios al de-sarrollo de nuestra sociedad.

Vale la pena finalizar esta sección mencionando lo que también el gran filósofo de la ciencia Karl Popper decía: “Innovación, innovación es lo que todavía no conocemos”.

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FÍSICA TEÓRICA Y COSMOLOGÍA

Octavio José Obregón Díaz* y Luis Arturo Ureña López*

La física teórica en México tiene uno de sus núcleos básicos en los grupos de investigación que trabajan en las áreas de gravitación, cosmología y astrofísica. A ellas las une el hecho común de que es la fuerza de gravedad la responsable directa de los fenómenos evo-lutivos en diversos objetos astrofísicos y cosmológicos, incluido el universo entero. En todo ello, se combinan estudios teóricos y ex-perimentales, donde por experimentales entendemos aquí los da tos aportados principalmente por la observación exhaustiva de los ob - jetos celestes, más que por la realización directa de experimentos terrestres.

Las áreas de la gravitación, cosmología y astrofísica han encon-trado un terreno fértil para la colaboración científica a partir del desarrollo de los grandes proyectos de observación cosmológica con satélites artificiales: Cobe (1992), HST (1990), WMAP (2001), Planck (2009), entre otros. Estos proyectos implicaron la participación con-junta de diversas naciones e instituciones para la operación y man-tenimiento de los satélites, lo que a su vez favoreció la colaboración de los investigadores en esas áreas para conciliar el conocimiento físico terrestre con la evolución del Cosmos. Después de más de dos décadas (contadas a partir del lanzamiento del satélite Cobe), se ha conjuntado el conocimiento de los diversos campos para formar el

* Departamento de Física; División de Ciencias e Ingenierías, Campus León, Uni-versidad de Guanajuato.


Modelo Estándar cosmológico, el cual provee una explicación de la evolución del universo hasta nuestros días. También cabe destacar que se han obtenido tres premios Nobel en física (1978, 2006 y 2011), por los descubrimientos en cosmología del fondo cósmico de radiación y de la expansión acelerada del universo.

La investigación en gravitación, cosmología y astrofísica se en-cuentra en una etapa de desarrollo intermedio, lo cual refleja el interés reciente despertado por los avances en las últimas dos décadas, pero que lleva un impulso muy fuerte y sostenido debido a la presencia, por un lado, de grupos sólidos en crecimiento, y por otro, de grupos de reciente creación que nacen con un alto grado de consolidación. Lo grupos de investigación se encuentran distribuidos prácticamente en todas las regiones geográficas del país y laboran en las más impor-tantes instituciones de educación superior (IES) y centros de inves-tigación. En las universidades estatales, esos grupos se encuentran organizados en cuerpos académicos consolidados y en consolidación (figuras diseñadas por el Programa de Desarrollo del Profesorado [Prodep], de la Secretaría de Educación Pública [SEP]) y están ligados mayoritariamente a programas de licenciatura y de posgrado, es - tos últimos reconocidos en el Padrón de Programas de Excelencia del Conacyt.

En la actualidad, la comunidad la forman alrededor de 80 inves-tigadores activos con plazas permanentes en sus instituciones de tra-bajo, todos ellos pertenecientes al Sistema Nacional de Investigadores (SNI), de los que aproximadamente 50% se concentra en IES localizadas en la Ciudad de México, y el resto en universidades estatales. Debido al decisivo impulso a la figura de investigador posdoctoral que han dado el Conacyt, el Prodep y las propias universidades, también podemos contabilizar la existencia de aproximadamente 30 posdoctorantes trabajando en alguno de los grupos de investigación, más aquellos jóvenes investigadores que se han incorporado bajo la figura de las Cátedras Conacyt.

137FÍSICA TEÓRICA Y COSMOLOGÍA

COSMOLOGÍA

La comunidad mexicana está estrechamente vinculada con la in-vestigación internacional en los temas de la energía oscura (70% del material total del universo) y la expansión acelerada del universo que sucede en el presente. La explicación consensuada en la comunidad internacional es la existencia de la llamada constante cosmológica; sin embargo, en virtud del limitado conjunto de observaciones cos-mológicas no puede descartarse completamente que existan otras explicaciones para estos fenómenos, como sería el caso de teorías gra - vitatorias modificadas o de otros campos de materia hasta ahora des - conocidos.

Otro tema de trabajo e interés es la existencia y naturaleza de la materia oscura (20% del material total del universo), así como el de-sarrollo de la estructura cosmológica (galaxias y cúmulos de galaxias, principalmente) que ocurre debido a su influencia gravitacional. Co-mo en el caso de la energía oscura, el consenso científico presente sugiere la existencia de al menos una partícula nueva, no identificada hasta la fecha en ningún laboratorio terrestre, pero cuya presencia sería inferida principalmente debido a su influencia gravitacional en la formación y estabilidad de las galaxias.

Debe también mencionarse la llamada física del universo tem-prano. El Modelo Estándar cosmológico establece que en el pasado nuestro universo debió estar en un estado de altísima energía y de alta densidad de la materia, que por ahora están fuera del alcance de los grandes experimentos terrestres en física de altas energías. En tales procesos se puede poner a prueba nuestro conocimiento sobre física actual, pero debido a la falta de observaciones directas de aquel pe-riodo, mucha de la investigación en ese campo es fundamentalmente teórica, lo cual exige un conocimiento preciso y amplio de los procesos físicos en la frontera de nuestra comprensión actual.

En lo que respecta a colaboraciones, se tienen ligas profesio-nales con el Berkeley Center for Cosmological Physics (BCCP), del


Lawrence Berkeley National Laboratory, a través del mexicano Ins-tituto Avanzado de Cosmología, A.C. (IAC), así como con otros gru-pos de gravitación y cosmología de otras universidades de Estados Unidos y Europa. El BCCP, en particular, participa en varias de las mayores colaboraciones internacionales en cosmología, como lo son, por ejemplo, el Dark Energy Survey (DES), así como en la misión futura del Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), en la que también colabora un grupo de investigadores del IAC. La intención principal en estas nuevas misiones es hacer una observación amplia de la esfera celeste para recolectar, a un mismo tiempo, información de super-novas tipo Ia, oscilaciones acústicas bariónicas, de la distribución de millones de galaxias y lentes gravitacionales débiles. Estas observa-ciones proveerán más datos experimentales para probar nuestras teorías actuales acerca de la expansión acelerada y la formación de la estructura cosmológica.

GRAVITACIÓN Y ASTROFÍSICA

Otro campo que ha tenido un inicio reciente en nuestro país, y cuyo desarrollo conserva un gran impulso es el de la relatividad numéri-ca, campo de la gravitación enfocado en la solución numérica de las ecuaciones de esa área para la obtención de resultados relacionados con fenómenos astrofísicos de gravitación extrema. Los avances más importantes al día de hoy tienen relación con los modelos dinámicos de objetos celestes de intensa gravedad, como los agujeros negros y las estrellas de neutrones.

Además de los fenómenos gravitatorios evidentemente presentes, estos objetos también resultan ser laboratorios de altísimas energías para el estudio de partículas elementales que son atrapadas y acele-radas vertiginosamente, lo cual también abre el estudio de la hidro-dinámica relativista. Debido a que es imposible realizar experimentos y observaciones de estos fenómenos en laboratorios terrestres, es


indispensable un desarrollo paralelo de las áreas teóricas y numéricas con las observaciones astronómicas. La comunidad mexicana tiene co - laboraciones profesionales con los mayores grupos de relatividad nu-mérica y de astrofísica de objetos compactos en el mundo, tales como los de la Universidad de Pensilvania en Estados Unidos y el Instituto Albert Einstein de la Sociedad Max Planck, en Alemania.

Existe un nuevo campo en el cual la relatividad numérica y la as-trofísica se unirán para extender nuestro conocimiento de las teorías fisicas: la detección directa de las ondas gravitacionales, logro por el cual fue otorgado el premio Nobel de Física 2017. La existencia de estas ondas tenía un soporte observacional indirecto en la dinámi-ca presentada por pulsares binarios, pero una confirmación directa requirió la construcción de equipos refinados y altamente sensibles a las perturbaciones gravitatorias. Las señales de ondas gravitacio-nales detectadas sobre la colisión de agujeros negros y de estrellas de neutrones han podido corroborar los fundamentos de la relatividad general de Einstein y la existencia de esos objetos exóticos. Además, las ondas gravitacionales se han convertido en un filtro confiable para poner a prueba extensiones y modificaciones a la relatividad general, lo cual necesariamente tendrá repercusiones importantes también en las propuestas teóricas que intentan explicar a la materia oscura y la energía oscura en el universo. Será necesario que la comuni-dad mexicana se prepare para establecer relaciones de colaboración con el experimento Observatorio de Interferometría Láser de Ondas Gravitacionales (LIGO, por sus siglas en inglés) y otros similares que están en proceso de apertura y operación, para aprovechar la nueva ventana astronómica del siglo XXI. Un último ejemplo por venir será la medición del horizonte de eventos alrededor del agujero negro supermasivo localizado en el centro de la Vía Láctea, que es el propó-sito de la colaboración Event Horizon Telescope (EHT). Con la certeza que ahora tenemos sobre la existencia de los agujeros negros, será importante realizar observaciones precisas de ellos y utilizarlas para avanzar en nuestro entendimiento de la gravedad a altas energías.


IMPACTO SOCIAL DE LA FÍSICA TEÓRICA

Nuestra comunidad mexicana de física teórica se ha mostrado muy comprometida con la formación de ingenieros, científicos y tecnólogos calificados, en cuyas carreras los profesores-investigadores ofrecen un soporte académico fundamental para la formación en física y mate-máticas: los estudiantes reciben conocimiento avanzado de parte de verdaderos profesionales actualizados, en el más estricto sentido de la palabra.

El desarrollo de la física teórica en México también se ha institu-cionalizado, gracias a la existencia de las Divisiones de Gravitación y Física Matemática (DGFM) y de Partículas y Campos (DPyC), en la Sociedad Mexicana de Física (SMF), a través de las cuales se han en-causado y unido esfuerzos y recursos de la comunidad nacional, con propósitos y objetivos muy claros para la siguiente década, entre los cuales podemos mencionar:

• Formación de recursos humanos en las carreras tecnológicas, de ciencias e ingenierías.

a) La comunidad de física teórica se distingue porque sus miem-bros tienen, todos, un doctorado en ciencias, por lo cual es-tán capacitados para ser docentes de alta calidad en todos los niveles de estudio.

b) La intensiva industrialización del país exige la formación, en maestría y doctorado, de ingenieros y tecnólogos, porque solo con ellos puede la industria mexicana dar el salto de consu-midora de servicios a productora de innovación científica y tecnológica.

• Institucionalización y profesionalización de la física mexicana.

a) La asociación de los físicos teóricos en las Divisiones de Gra-vitación y Física Matemática, de la SMF y en el Instituto Avan-zado de Cosmología A.C., ha propiciado que la formación científica en el país eleve de manera sensible sus estándares de calidad.


b) Las asociaciones también son el espacio adecuado de refle-xión y construcción de propuestas públicas para el avance y desarrollo de áreas críticas en la ciencia mexicana.

• Descentralización de la ciencia mexicana.

a) La formación de grupos de física teórica en las universidades estatales ha crecido a un ritmo constante, acompañada de la apertura de carreras científicas y tecnológicas que ayudan en la profesionalización de sus estudiantes en las áreas básicas de matemáticas y física.

b) Las universidades estatales deben continuar el crecimiento de grupos de investigación en física teórica, de acuerdo con las normas de calidad que exigen las instancias evaluadoras de la eduación e investigación.

c) La ciencia mexicana se ha convertido no solamente en produc-tora de profesionales con doctorado, sino de investiga dores profesionales con postdoctorado, debido al apoyo económico continuo de las instancias gubernamentales. Se tiene un se-millero de profesores-investigadores con capacidad probada para fomentar la ciencia básica en todo el país.

• Divulgación científica.

Es un lugar común, aunque verificado de manera formal en diver-sos países desarrollados, que la ciencia básica provee del impulso inicial en los niños y jóvenes para incorporarse en carreras cien-tíficas, de ingeniería e industriales. En algunos casos documen-tados, prácticamente 90% de los estudiantes de esas disciplinas fueron atraídos en su infancia con la posibilidad de producir avan-ces científicos en los aspectos fundamentales de la naturaleza.

ALGUNAS REFLEXIONES

La física de partículas elementales y la gravitación constituyen, con ideas novedosas como la supersimetría y las cuerdas, el núcleo de la física teórica actual. Con frecuencia las ideas y métodos generados en estas áreas del conocimiento son después utilizados en otros contextos de la propia física, incluyendo algunos de la química y las matemáticas,


en una interrelación en que las colaboraciones se verifican entre unas y otras áreas del conocimiento.

Es también de gran impulso y relevancia el desarrollo experimental de la física de partículas. Estos desarrollos experimentales han tenido un enorme efecto en aplicaciones, como los aceleradores con usos en medicina, biología, química, desarrollo de materiales, de electrónica, etc. No es el propósito enumerarlos todos. La ciencia es tan impredeci-ble y con resultados tan poderosos e importantes que hay que recordar que el Internet surgió en el CERN, en parte como una necesidad de los físicos de partículas elementales por transmitir entre ellos los cien- tos de millones de datos que generan sus experimentos.

Como se mencionó, México participa activamente en varios expe-rimentos del CERN y en varios laboratorios de Estados Unidos, entre ellos el Fermilab, en Chicago y en otros experimentos relacionados con detección de rayos cósmicos. Uno de varios posibles siguientes retos sería aprender a construir aceleradores pequeños de múltiples usos en varias áreas de la ciencia con importantes aplicaciones médicas.

El grupo de gravitación y cosmología se ha desarrollado con éxito relevante sobre todo en el área teórica. Participa en un seminario conjunto con el grupo de cosmología de Berkeley, en particular con el profesor George Smoot, quien obtuvo el Premio Nobel por de-tectar con enorme precisión la temperatura de fondo del universo (sorprendentemente una de las mediciones más precisas en la física, aun tratándose del universo).

Estos experimentos también derivan en tecnología avanzada. En los detectores de ondas gravitacionales se han desarrollado nuevos ma - teriales y tecnologías muy precisos que podrían contribuir a usos geofísicos. Es interesante mencionar que hace 40 años uno de los pri - meros investigadores en calcular el posible colapso entre agujeros ne-gros y emisión de ondas gravitacionales, Larry Smarr, trabajaba para este propósito con súper computadoras que no servían para lo que él quería calcular. Entonces la IBM y después otras compañías lo in - vitaron como asesor, para así diseñar mejor sus computadoras. En México, varios investigadores trabajan en este tipo de problemas: la


relatividad numérica que ha contribuido con sus demandas y nece-sidades a desarrollar el software y el hardware de las computadoras.

Quizá el ejemplo que más sorprende a la gente es el GPS (Global Position System) que, como sabemos, nos guía en nuestros vehículos hacia una dirección que hemos ingresado previamente en el sistema. El GPS funciona gracias a la relatividad general de Einstein. El pro-blema por resolver es el de las señales que salen de un vehículo en movimiento a un satélite, las cuales regresan múltiples veces, mientras que además de nosotros, el satélite y la Tierra se mueven relativa-mente. Todas estas trayectorias están regidas por la gravitación, pero si utilizáramos solo las leyes de Newton sería imposible obtener la lo - calización precisa del vehículo. Esto hace indispensable el uso de la relatividad general, una de las teorías insignia de la física teórica moderna, en un proceso tecnológico de nuestra vida cotidiana.

Las comunidades de gravitación y de físicos de partículas, están constituidas por investigadores activos y exitosos. Mientras que en general el Sistema Nacional de Investigadores ha crecido en un factor aproximado de 10 desde su fundación; estas dos comunidades se han multiplicado a la mitad de ese factor. Clases sólidas de física teórica y matemáticas para físicos e ingenieros son básicamente responsabili - dad de los físicos de gravitación, partículas, cuerdas, supersimetría y quizá algunos otros pocos colegas dedicados, por ejemplo, a funda-mentos de mecánica cuántica y otros aspectos teóricos de la física. En la compleja relación entre las ciencias, su labor es esencial no solo en la investigación que realizan (con implicaciones con frecuencia sorpren-dentes, como hemos mencionado), sino como parte esencial de un complejo sistema de interacción científica y adecuada enseñanza.

Los grupos de física de partículas y el de gravitación y cosmología han presentado ya, ante Conacyt y en diversos foros, propuestas serias e interesantes para desarrollar eventos en tópicos teóricos y experi-mentales. Por la calidad, seriedad, compromiso y diversas posibles implicaciones de estos proyectos, merecen ser considerados.


REFERENCIAS

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Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), http://desi.lbl.govDark Energy Survey (DES), http://desi.lbl.govEvent Horizon Telescope (EHT), http://eventhorizontelescope.orgGarcía-Compeán, H. y Guijosa, A. String Theory in México. Recuperado de: http://www.

ifm.umich.mx/~villasen/Com_Vol/COMPEANCorreg.pdfLaser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), https://www.ligo.caltech.eduObregón, O. (2007). "Música, arte, literatura, ciencia, ¿para qué?, ¿para quién?" La Cróni-

ca, 18 de abril._____. (2008). "Conceptos filosóficos en la Física". La Crónica de Hoy, 6 de febrero._____. (2009). "El insight y cómo lograrlo (¡y cómo traducirlo!)". La Crónica de Hoy, 4 de

noviembre.Obregón, O., y Ramírez, C. (s/f). Supergravity in México. Recuperado de: http://www.ifm.

umich.mx/~villasen/Com_Vol/Obregon-Ramirez.pdfRamos L., M. de la P. (2008). La Relatividad en México. México: Universidad Nacional

Autónoma de México.www.smf.mx/~dgfm-smf/ ; http://dpyc.smf.mx/dpyc-es/

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FÍSICA DE SISTEMAS COMPLEJOS Y LA IMPORTANCIA DE LA INTERDISCIPLINA

Leonardo Dagdug*

INTRODUCCIÓN

Posiblemente el mayor interés que despierta la ciencia radica en que puede describir sofisticados fenómenos que ocurren en nuestro uni-verso en unas pocas leyes, y luego es capaz de describir sus consecuen-cias en forma simple. Sin embargo, muchos científicos sospechan que algo se pierde en el proceso, debido a que hemos optado por simplificar la diversidad de constituyentes y sus interacciones, que son quienes realmente caracterizan al cosmos en que vivimos.

Esta elección nos ha llevado a contar con sorprendentes descrip-ciones y consecuencias inimaginables de algunos fenómenos que observamos en la naturaleza por medio de poderosas teorías como la mecánica cuántica y la relatividad, entre otras. Pero estas teorías tienen como fin centrarse en una descripción de los fenómenos que describen, sin tomar en cuenta que a partir de los elementos que re-fieren pueden emerger fenómenos tan complejos como la vida misma. En los últimos años ha habido cambios en la actitud de muchos de los científicos hacia la complejidad. Han comenzado a darse cuenta de que los sistemas complejos pueden tener sus propias leyes, y que estas leyes pueden ser tan simples, fundamentales, como cualquier otra ley

* Área de Física de Sistemas Complejos, Departamento de Física, Universidad Au-tónoma Metropolitana Iztapalapa.


de la naturaleza. Para el desarrollo de esta nueva forma de observar la naturaleza ha jugado un papel fundamental la interdisciplina. De la interdisciplina es importante destacar que ésta se da naturalmente cuando los científicos adoptan un compromiso con carácter social de su labor diaria.

¿QUÉ SON LOS SISTEMAS COMPLEJOS?

Si queremos estudiar un ser vivo en su entorno natural y entender cómo lleva a cabo los procesos que lo caracterizan, podríamos adentrarnos en él, identificando los elementos que lo constituyen y las principales características de éstos. En este viaje podemos hacer nuestra primera parada a nivel celular. En esta escala observaríamos una increíble diversidad morfológica y funcional, así como un sofisticado grado de interacción entre sus componentes, las células. Si ahora quisiéramos entender el funcionamiento de las células, tendríamos que observar la compleja bioquímica de su metabolismo. Por ejemplo, nos podríamos enfocar en entender cómo la célula se divide y reproduce, o cómo es capaz de sintetizar proteínas. Para ello, tendríamos que entender el funcionamiento de su ADN. Esta tarea nos llevaría al dominio de las dimensiones atómicas. Si quisiéramos entender la estructura del ADN tendríamos que estudiar pues la sofisticada interacción entre átomos. Y si quisiéramos entender el comportamiento de cada átomo, tendría-mos que estudiar sus mínimos constituyentes: electrones, protones y neutrones, que a su vez, están constituidos por cuarks. En esta escala estaríamos adentrándonos al campo de estudio de la cromodinámica cuántica y sería tal vez nuestra última parada.

Mediante este ejercicio, en el que nos hemos adentrado en un ser vivo observándolo en sus constituyentes a un nivel cada vez más y más elemental, y preguntándonos cómo estos elementos están formados y cómo funcionan, hemos pasado de la descripción de la biología a la de la química, y de ésta a la de la física. Pero existe una limitación en este enfoque, en algún lugar en nuestro camino perdimos su propiedad

147FÍSICA DE SISTEMAS COMPLEJOS Y LA IMPORTANCIA DE LA INTERDISCIPLINA

más esencial: que es un ser vivo. En algún momento perdimos la complejidad que lo hace ser lo que es. Si cambiamos el enfoque de examinar cómo funcionan sus partes, por el de estudiar cómo inte-ractúan sus constituyentes entre sí y con sus alrededores mediante reglas simples, encontraremos que estos sistemas son mucho más que la sola unión de sus constituyentes, ver figura 1.

Figura 1. Las células cerebrales primordiales del rosetón neuronal humano, diferenciadas de las células madre embrionarias

en el plato de cultivo.

Imagen cortesía de Dr. Gist F. Croft, Lauren Pietila, Stephanie Tse, Dr. Szilvia Galgoczi, Maria Fenner y Dr. Ali H. Brivanlou (The Rockefeller

University Brivanlou Laboratory, Ciudad de Nueva York, Nueva York, EUA).

Uno de los sistemas complejos más simples en el que podemos pensar, es el juego de ajedrez. Como bien sabemos este juego consiste en 32 piezas confinadas en un tablero de 64 casillas, y aun cuando el movi-miento de las piezas sigue reglas increíblemente simples, en un espacio tan limitado, sabemos que el número total de diferentes partidas que se pueden llevar a cabo es mayor que el número total de partículas en nuestro universo. ¿De dónde proviene esta increíble complejidad? No proviene del movimiento individual de las piezas, sino de la forma en


que cada pieza puede afectar a las otras y del mo do en que cada mo-vimiento depende del anterior. Ahora podemos imaginar la inmensa complejidad que puede provenir de una parvada constituida por más de cuatro mil pájaros, o de una colonia de más de un millón de hormi-gas, o de los más de 2 500 millones de usuarios de la red informática mundial (www), o de las más de cien mil millones de neuronas de un cerebro humano intercambiando información.

Hoy en día continúa siendo un misterio entender cómo las co-munidades de organismos sociales se unen colectivamente para for-mar estructuras que incrementan la probabilidad de sobrevivencia de la comunidad como un todo. De la misma manera sigue siendo un enigma comprender cómo la intrincada maquinaria del sistema inmune es capaz de luchar en contra de las enfermedades; cómo un grupo de neuronas generan tan elaborado sistema de señalización apto para llevar a cabo las más sorprendentes tareas; cómo miembros independientes de una economía producen un complejo y estructu-rado mercado global, o más misterioso aún, cómo la inteligencia y la conciencia emergen de materia no inteligente y sin conciencia. Estas son el tipo de preguntas que se quieren contestar con el estudio de los sistemas complejos, a la vez que se busca explicar cómo una gran cantidad de constituyentes simples se organizan por sí mismos, sin el control de un sistema central, creando patrones y en ocasiones, incluso, evolución, aprendizaje y conocimiento.

Aunque no se tiene una definición precisa y universalmente aceptada de qué son los sistemas complejos, éstos se pueden tipi-ficar en términos de sus propiedades (Martínez-Mekler, 2000): en-tre sus aspectos más importantes encontramos que son sistemas fuera de equilibrio termodinámico y formados por un conjunto grande de componentes individuales que interactúan fuertemente entre sí y presentan una jerarquía de escalas de descripción frecuentemen-te asociados a procesos de auto organización (Miramontes, 1999). Diversas propiedades espacio temporales de estos sistemas surgen espontáneamente en escalas de tiempo considerablemente mayores que en la que ocurren las interacciones entre sus constituyentes. Estas


propiedades llamadas emergentes, son estudiadas con herramientas y conceptos surgidos en la interdisciplina (Martínez-Mekler, 2012). Las interacciones entre sus componentes son no lineales, los efectos no son proporcionales a las causas, y pequeñas modificaciones al sis-tema conducen a cambios significativos en su comportamiento. Las propiedades emergentes no tienen sentido cuando se quieren atribuir a los componentes del sistema en estudio. Su estudio se extiende a ramas como la sociología, ecología, lingüística, antropología, biología, química, física y ciencias de la computación entre otras, y proporciona herramientas para comprender y transformar la vida del hombre con su entorno y en sociedad. Un ejemplo interesante de cómo los físi - cos han utilizado el concepto de propiedades emergentes en los últi-mos años lo encontramos en los trabajos de Lee Smolin. Él afirma que todas las propiedades físicas de las partículas son emergentes, ya que sólo pueden concebirse a partir de interacciones según el Modelo Estándar. Por ejemplo, parte de la masa de una partícula se determina a partir de la interacción de cualquier partícula con los bosones de Higgs, y de esta interacción aparece esta propiedad como emergente, la cual carece de sentido si se habla de la partícula per se (Smolin, 2013).

Los caóticos inicios

El primer ejemplo de un sistema complejo en física lo debemos a Henri Poincaré, fundador de la teoría de sistemas dinámicos. Poincaré descubrió la dependencia sensible de las condiciones iniciales en el problema de los tres cuerpos, ejemplo clásico de caos en un sistema determinista. Algunos de los resultados del estudio de la teoría de sistemas dinámicos son realmente sorprendentes y revolucionaron la forma de pensar de los científicos. Tal vez su consecuencia más sorprendente es el comportamiento estocástico que puede emerger de sistemas deterministas sin una fuente externa aleatoria.

En las décadas de los treinta y cuarenta del siglo pasado, Alan Turing y John von Neumann, independientemente establecieron las


bases matemáticas y físicas de las computadoras electrónicas digitales. Y aunque buena parte de sus esfuerzos se centraron en la simulación por computadora, su visión fue mucho más allá. Von Neumann inven-tó un autómata auto reproducible, una abstracción, que combinó sus intereses en lógica, computación y biología, para mostrar cómo artifi-cialmente se puede llevar a cabo una de las más básicas funciones de la vida, la reproducción. Con ello se convirtió en el padre del estudio de la vida artificial, una de las ramas más prominente en nuestros días. Por otro lado, la principal ambición de Turing fue construir un cerebro artificial, y él no veía obstáculo teórico alguno que pudiera impedir llevar a cabo tal tarea; su trabajo en este campo lo llevó a ser considerado el padre de la inteligencia artificial. El interés de Turing por los sistemas biológicos lo llevó a estudiar el comportamiento de las neuronas durante la etapa de aprendizaje. Sus estudios, en ensambles y estructura neuronales, lo condujeron a interesarse en la morfogénesis, donde hizo notables descubrimientos (Turing, 1952).

La teoría de estructuras disipativas y sistemas fuera de equilibrio de Ilya Prigogine, formula la dinámica no lineal de las reacciones químicas y la hace compatible con su teoría de termodinámica fuera de equili-brio (Prigogine, 1977). Esta teoría fue una de las primeras en explicar la auto organización en sistemas físicos. Otro de los fenómenos de auto organización espacial más sorprendentes en la naturaleza, son las on-das espirales en sistemas con interacciones locales. Estas estructuras fueron observadas independientemente por los rusos Borís Pávlovich Beloúsov y Anatol Zhabotinsky en 1958 y 1961, respectivamente. Estos trabajos junto con los mencionados en el párrafo anterior, son los prin - cipales detonadores del estudio de los sistemas complejos. Otros tra-bajos sobresalientes en los inicios del estudio de sistemas complejos fueron llevados a cabo por Hermann Hakens y su teoría de la sinergia, y por René Thom quien creó la teoría de catástrofes y posteriormente la relacionó con la morfogénesis. Biólogos como Stuart Kauffman y sus estudios sobre auto organización y autómatas, y Brian Goodwin con su trabajo en la evolución y desarrollo, dieron origen a lo que hoy se llama biología teórica (Miramontes, 1999; Martínez-Mekler, 2000).


CIENCIA Y SOCIEDAD: EN LAS FRONTERAS DE LA COMPLEJIDAD. SISTEMAS DISIPATIVOS

Un sistema disipativo es un sistema abierto a flujos de energía y/o ma-teria, los cuales residen en estados cuasiestables cercanos al equilibrio (Schneider y James, 1999). Las estructuras disipativas pueden derivar en la emergencia de estructuras coherentes y auto-organizadas de forma es-pontánea en sistemas alejados del equilibrio. Las estructuras disipativas caracterizan sistemas abiertos que, al ser llevados de un régimen de no equilibrio, se tornan inestables y sufren transformaciones importantes y apreciables a nivel macroscópico. Los sistemas organizados no vivos (como las células de convección, los tornados y los láseres) y los siste-mas vivos (de las células hasta los ecosistemas) dependen de flujos de energía externa para mantener su organización y para la disipación de gradientes energéticos asociada a los procesos auto organizativos.

Un ejemplo clásico de estos sistemas son las celdas de convección producidas por la inestabilidad de Bénard. El sistema se forma con una capa horizontal de líquido expuesto a un gradiente de temperatura en - tre la superficie superior e inferior. Esta diferencia de temperatura produce conducción de calor y la inestabilidad se produce cuando el gradiente sobrepasa cierto límite. En este caso el transporte de calor por conducción se ve aumentado por un transporte por convección, en el que las moléculas participan de un movimiento colectivo. En el sistema se forman vórtices que distribuyen la capa líquida en celdas hexagonales, debidas a una ruptura de simetría. La probabilidad de que las celdas roten, en una dirección o en otra, es completamente aleatorio, con probabilidad ½, pero una vez que esto es determinado, las celdas vecinas rotan en direcciones opuestas. Por otro lado, esta conformación es evidentemente más organizada que la que tenía el sistema antes de que se aplicara el gradiente de calor, lo cual es completamente contra intuitivo, pero maximiza la eficiencia de la disipación del gradiente y la tasa de transferencia de calor. La transi-ción hacia una estructura coherente es la respuesta del sistema a los intentos de desplazarlo del equilibrio. En la formación de estructuras


disipativas tenemos, por lo tanto, orden que emerge del desorden. De hecho, L. Boltzmann pensaba que el surgimiento de la vida era conse-cuencia de la forma más eficiente que podría crear la naturaleza para disipar el gradiente producido por la energía solar captada por la tierra (Boltzmann, 1886). Este complejo comportamiento de celdas, puede ser modelado por una computadora, utilizando las ecuaciones no lineales de la dinámica de fluidos. Este estudio tiene importantes aplicaciones tecnológicas como en el secado de recubrimientos y en el estudio de la fisiología celular.

REDES Y COMPLEJIDAD

En la actualidad el estudio de los sistemas complejos lo encontramos en una gran variedad de ramas de estudio, de hecho, esto ha sido un detonante para que muchos científicos sean atraídos a proyectos in-terdisciplinarios. Las herramientas desarrolladas para estudiar siste-mas dinámicos y sistemas fuera de equilibrio han tenido éxito fuera del campo de la física, al punto que se han creado sub disciplinas como la econofísica y la sociofísica. A continuación, discutiremos algunos ejemplos que han despertado gran interés en la actualidad, los lla-mados sistemas en sociedad. Estos sistemas pueden ser formados por humanos, bacterias, plantas, neuronas, nodos de internet o por so-ciedades artificiales, entre otros.

El desarrollo de modelos computacionales basados en elementos llamados agentes, en los que éstos obedecen reglas específicas de comportamiento que definen la interacción entre ellos y su entorno, son conocidos como modelos de agentes y han tenido gran aplica-ción en sistemas en sociedad. El primer ejemplo lo tomaremos de las llamadas redes complejas; un ejemplo clásico de estudio en esta dirección, es el experimento que llevaron a cabo en los años sesen-ta, del siglo pasado, Stanley y Milgram, con el interés de encontrar características fundamentales de las redes sociales. Se pidió a un grupo de personas ubicadas en las ciudades de Omaha y Wichita,


que hicieran llegar cartas a determinados individuos en Cambridge, con la restricción de que fuera por medio de conocidos. Una vez llevado a cabo el experimento se pudo determinar que en promedio el número de personas intermediarias que se requirió para que las cartas llegaran a su destino, fue de cinco. Un número increíblemente pequeño si tomamos en cuenta la cantidad de millones de individuos que podrían tomar parte en el proceso. A este fenómeno se le conoce como mundo pequeño. De hecho, este fenómeno es una propiedad intrínseca de cualquier red social. Por ejemplo, definamos el número de Erdős (En) como el número de coautores que tienen una red de re -lación centrada en el matemático Paul Erdős. Esto es, un coautor de Erdős sería E1, y el coautor de un coautor sería E2 y así sucesivamente. Por ejemplo, mi número Erdős es 3, ya que yo tengo publicaciones con G.H. Weiss (E2), quien a su vez tiene una publicación con J.E. Gillis (E1), quien a su vez es coautor de Erdős. Este número tiene un máximo de 15 y un promedio de cinco. De igual manera, se puede medir la relación que existe entre actores que a su vez han actuado con Kevin Bacon, y su número promedio es de tres. Evidentemente estos dos fenómenos también siguen un comportamiento de mundo pequeño. Como ejercicio, para verificar que esta regla aplica en otras redes so - ciales podríamos pensar en estudiar, por ejemplo, la relación que exis - te entre jugadores de fútbol en el mundo. Para ello tendríamos que iniciar preguntándonos, ¿cuál es el jugador de fútbol que ha jugado en el mayor número de equipos? La respuesta es: el portero alemán Lutz Pfannenstiel quien, de hecho, jugó en equipos de todos los con-tinentes, y con esta información definir el número de Lutz, para los jugadores que han jugado con Lutz y para aquellos que han jugado con los que ha jugado Lutz, y así sucesivamente. Fenómenos como este son de gran utilidad ya que nos pueden ayudar a entender y reestruc-turar la dinámica de diferentes redes sociales (Miramontes, 2005).

Otro de los ejemplos de redes, que tendrán un gran desarrollo dentro del estudio de los sistemas complejos, incluyen las redes de internet. La red informática mundial (world wide web) apareció a principios de la década de 1990, y ha experimentado un crecimiento


vertiginoso desde entonces. Esta red puede ser pensada como un sistema social auto organizado constituido por individuos llevando a cabo tareas simples: abriendo páginas web y vinculándolas a otras. Se ha descubierto recientemente que la red como un todo tiene pro-piedades a grandes escalas inesperadas, como la forma en la que crece, la forma en que se propaga entre sus vínculos, y la relación evolutiva entre los buscadores y los vínculos. La forma en que emerge este comportamiento complejo es un área de estudio que ha atraído la atención de la comunidad científica, con grandes implicaciones tecnológicas, económicas y sociales.

Uno de los trabajos más sorprendentes en biología celular y compu- tación es el desarrollo en redes celulares que llevan a cabo cálculos, siguiendo la misma lógica que las computadoras convencionales. Son redes celulares que, a partir de una señal de entrada, producen una res - puesta, igual que un sistema binario en una computadora (Solé y Manrubia, 2009). Con células manipuladas genéticamente es posible construir computadoras biológicas que realicen más de 100 funciones distintas a un mismo tiempo. Este tipo de cómputo puede ser útil en el futuro para regular sistemas biológicos, desde células aisladas hasta or-ganismos y ecosistemas. Por ejemplo, células programadas para captar los niveles de glucosa en la sangre y reaccionar segregando insulina o glucagón (hormonas que controlan la cantidad de glucosa sanguínea), podrían llegar a utilizarse un día para el tratamiento de la diabetes.

También de gran interés es el estudio de fenómenos de auto or-ganización espacial de individuos en sociedad. Éste se observa entre otros, en el sistema más simple imaginable, autómatas artificiales en confinamiento. Éstos pueden ser tan simples incluso, que su única función sea caminar en trayectorias aleatorias. Hoy en día estos ro-bots son tan populares entre los niños que se pueden comprar en la sección de juguetes de cualquier tienda departamental, su nombre es hexbugs®. Incluso los fabricantes venden diferentes geometrías de confinamiento con las cuales se pueden construir sofisticadas ciuda-des que, aunadas a los hexbugs, les permiten diseñar a los niños una compleja sociedad autómata. Una vez que se ha definido la geometría


de confinamiento y se empiezan a agregar miembros en ella, es po-sible observar después de un número crítico de elementos, cómo emergen sorprendentes estructuras de aglutinamiento en el espacio, que incluso son estables durante largos periodos. Estas estructuras dependen fuertemente de la forma del confinamiento.

LA COMPLEJIDAD PER SE: SISTEMAS BIOLÓGICOS

La naturaleza también tiene sofisticados mecanismos para la organi-zación de células. Uno de los tres aspectos fundamentales del desarro-llo biológico junto con el control del crecimiento y la diferenciación celular, es la morfogénesis, proceso por el cual un organismo desarrolla su forma, ver figura 2. Este proceso controla la distribución espacial organizada de las células durante el desarrollo embrionario de un or - ganismo, y también puede tener lugar en un organismo maduro o en un cultivo de células. Las respuestas morfogenéticas pueden ser inducidas en los organismos por las hormonas endógenas, por quí-micos en el ambiente que van desde sustancias producidas por otros organismos hasta químicos tóxicos y radioisótopos liberados como contaminantes, o por el estrés mecánico inducido por un patrón espacial de células. A partir de una sola célula inicial que experi-menta divisiones consecutivas, las nuevas células se organizan en el espacio y en el tiempo mostrando propiedades de organización a grandes escalas. Uno de los casos más espectaculares y estudiados de patrones ordenados que emergen a lo largo de la morfogénesis, es el de la bacteria Bacillus subtilis, cuyas colonias, según las condiciones ambientales en las que crecen, son capaces de modificar su distribu-ción espacial y exhibir diversas geometrías emergentes que incluyen algunas ramificaciones con aspecto fractal. Alan Turing desarrolló, por primera vez, una teoría capaz de explicar cómo tiene lugar la aparición de las estructuras en la morfogénesis, su artículo es uno de los clásicos de la literatura científica del siglo XX (Turing, 1952). La teoría de Turing se puede explicar, de manera simple, de la siguiente


manera: supongamos que tenemos un sistema formado por células, las cuales tienen interacción con sus vecinas cercanas; ahora, supon-gamos que dentro de cada célula se sintetizan dos tipos de moléculas, o morfógenos, si en el modelo se les permite difundir a los morfógenos junto con una interacción no lineal entre ellos, lo que se observará es que se pueden generar de forma espontánea estructuras espaciales. El estudio de la morfogénesis con estas ideas puede producir resultados asombrosos; por ejemplo, predice que en los mamíferos pequeños es poco probable encontrar dibujos en su piel, como de hecho ocurre. La morfogénesis es un campo de estudio interdisciplinario por ex-celencia y una gran cantidad de investigadores de todo el mundo, y de muy diferentes disciplinas trabajan en él. Es una disciplina de las que, con certeza, seguirán teniendo gran impacto por sus importan-tes consecuencias y aplicaciones. El sólo pensar que tal vez algún día podríamos ser capaces de generar un órgano del cuerpo humano a partir de una sola célula, es escalofriante y emocionante a la vez.

Figura 2. Taenia solium.

Imagen cortesía de Teresa Zgoda (Rochester Institute of Technology [RIT] Rochester, Nueva York, EUA).


El sistema inmunológico es otro ejemplo en el que componentes, relativamente simples, colectivamente dan lugar a comportamientos complejos en los que se involucran la comunicación, el control y la adaptación, a través del tiempo. Un numeroso grupo de científicos de diferentes campos están trabajando juntos para entender los detalles de este mecanismo. Las consecuencias de su estudio son, sin lugar a dudas, de las que pueden tener mayor trascendencia en un futuro cercano. Los sistemas biológicos, los estudios en evolución, así como todos aquellos relacionados con información genética y biodiversi-dad, son un campo fértil en la actualidad y con un futuro brillante debido a su inmediato impacto en la sociedad y nuestro entorno natural.

Otros sistemas, de los más estudiados en la actualidad, que presen-tan un gran número de retos y son un campo fértil para la interdisci-plina y el estudio de sistemas complejos, son las redes neuronales, ver figura 3. Las neuronas se especializan en la recepción de estímulos y conducción del impulso nervioso en forma de potenciales de acción (una onda de descarga eléctrica que viaja a lo largo de la membrana celular, modificando la distribución de carga eléctrica entre ambos lados de la membrana), éstos ocurren entre ellas o con otros tipos de células, por ejemplo, las fibras musculares. En este sistema es evidente que el comportamiento de las neuronas por separado no refleja la increíble complejidad de tareas que emergen y que son capaces de llevar a cabo en conjunto. Uno de los principales retos de las neu-rociencias es el de entender cómo, el comportamiento colectivo de redes neuronales, es capaz de inducir comportamiento en el cerebro a grandes escalas, como el conocimiento y el aprendizaje; y cómo es posible formar, a partir de eventos evolutivos, tan complicada y eficiente red. Para ello, será necesario el aglutinamiento interdisci-plinario de físicos, químicos, matemáticos y fisiólogos, entre otros, las consecuencias de su entendimiento pueden llevar al desarrollo de tecnologías inimaginables, así como producir un fuerte impacto en temas relacionados con la salud social (Miramontes, 2005).


Figura 3. Neuronas de rata en corteza cerebral.

Imagen cortesía de Brad Miller (Washington University School of Medicine, EUA).

Finalmente comentaremos que en sistemas complejos biológicos conviviendo como sociedad también se observan interesantes pro-piedades emergentes. Por ejemplo, se ha observado en el interior de los nidos de hormigas del género Lepthorax, que éstas tienen perio-dos, en los que dejan de tener movilidad, de aproximadamente 30 minutos de duración. Para descifrar si este efecto era parte del reloj biológico de los individuos, a éstos se les aisló. El resultado fue que individualmente cada miembro tiene un ciclo completamente caótico y sin regularidad. De hecho, se observa que al aumentar el número de miembros en convivencia, el ciclo se vuelve más sincronizado, y es una propiedad que emerge de la colectividad.

Otro de los ejemplos de fenómenos emergentes en sociedad se puede observar como el impresionante espectáculo de las luciérna-gas hembras. Las hembras emiten luz por espacios de media hora para atraer a los machos que sobrevuelan el lugar y que esperan la señal para reproducirse. Las luciérnagas tienen un órgano en la par-te inferior de su abdomen, donde hidrógeno y carbono se oxidan, generando así la bioluminiscencia. Si la hembra no tiene éxito en el cortejo, lo intentará por una semana más. Cuando se aparea deposita sus huevecillos en la corteza de los árboles, acto precedido por su muerte. Cuando las luciérnagas emiten luz, por periodos largos, se


puede observar un impresionante evento de sincronización, en el que los destellos se efectúan con una frecuencia bien definida. Lo que es realmente asombroso del fenómeno, es que cada luciérnaga sólo tiene conocimiento de la actividad de sus vecinos más cercanos. Y esta in-formación es suficiente para que se tengan sincronizaciones globales con diferentes características. Como tener una fase de sincronización perfecta globalmente, o desfasadas espacial y temporalmente. Es fun-damental hacer notar que no existe un director, un líder; el evento emerge de interacción de los miembros del sistema.

LA ECONOMÍA COMO SISTEMA COMPLEJO

La economía es un sistema complejo formado por personas, o compa-ñías, vendiendo y comprando bienes, cuyo comportamiento colectivo es increíblemente difícil de predecir. Muchos economistas ven en el sistema la capacidad de adaptarse, tanto micro, como macroscópi-camente. En el nivel microscópico, individuos y compañías intentan incrementar su rentabilidad aprendiendo del comportamiento de sus semejantes. Es bien sabido que este comportamiento individual tiene repercusiones macroscópicas. Se ha observado que la dinámica de un sistema complejo económico comparte similitudes con algunos sistemas físicos. De hecho, en un gran número de casos de estudio, estos sistemas también siguen leyes de potencias y de escalamiento, algunos ejemplos son la dinámica de formación de empresas y la di-námica de los índices de precios y cotizaciones (Miramontes, 1999). Una de estas leyes de potencia, que se observaron primero en sistemas económicos, es la distribución del número de personas cuyos ingresos se encuentran por encima de cierto rango, y es válida en cualquier escala. Esto es, mientras los muy ricos son muy pocos, los muy po-bres son la inmensa mayoría. Uno de los ejemplos de escalamiento se encuentra en los índices de las variaciones de precios de diferentes bienes de consumo en Estados Unidos. Analizando los datos acerca de la variación mensual de los precios a lo largo de varios años, se revela


una ley de escalamiento en forma de potencias, y en consecuencia, las pequeñas variaciones en los precios ocurren con mucha frecuencia, mientras que las variaciones muy grandes son poco frecuentes. Estas va - riaciones no ocurren completamente al azar y están relacionadas me-diante una ley de potencias de escalamiento.

INSTITUCIONES QUE ESTUDIAN LOS SISTEMAS COMPLEJOS

Aunque se podría continuar citando ejemplos, en los que se han apli-cado los métodos utilizados por los físicos en el estudio de los siste-mas complejos, en los párrafos anteriores se han abordado suficientes de ellos como para hacernos una buena idea de su importancia, de sus alcances predictivos, y de su impacto en la ciencia en los últimos años. En el estudio de los sistemas complejos se vislumbra un amplio abanico de temas de estudio y muchas preguntas fundamentales por contestar. Para finalizar este artículo, y con el ánimo de tentar la curiosidad del lector, podríamos dejar una pequeñísima muestra de ellas: ¿cuáles son las propiedades que hacen similares a tales sistemas y si dichas propiedades son independientes de la composición de és-tos? En un futuro tendremos que abocarnos a la tarea de encontrar los principios generales que gobiernan los sistemas complejos, sus transiciones, inestabilidades y auto organización emergente, entre otros.

Las acciones conjuntas han sido frecuentes para el desarrollo del estudio de los sistemas complejos. En el mundo los investigadores en sistemas complejos se han caracterizado por formar importantes centros e institutos que los congregan, con todas las ventajas que es - to conlleva. En estos institutos dos de las principales tareas han sido congregar científicos de diferentes ramas y orígenes, así como pro-mover, entre los jóvenes, estudios de posgrado.

En el mundo se pueden encontrar más de 40 institutos de altísimo nivel, algunos de los principales son: Santa Fe Institute, Center for Nonlinear Phenomena and Complex Systems, de la Université Libre


de Bruxelles; Center for the Study of Complex Systems and Cognition at École Normale Supérieure; Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems; Center for Complexity in Health, en Kent State University, Harvard-MIT Observatory of Economic Complexity, y el Collective Dynamics of Complex Systems Research Group en Bing-hamton University, entre otros.

Los principales temas que se estudian actualmente en sistemas complejos a escala mundial son: emergencia; auto organización; com-portamiento colectivo; redes, evolución y adaptación; información de patrones; teoría de sistemas; dinámica no lineal; y teoría de juegos. Todos estos temas se desarrollan en México actualmente.

Respecto de la formación de grandes institutos abocados al estudio de los sistemas complejos, México no es la excepción; recientemente se creó el Centro de Ciencias de la Complejidad, C3, que pretende tener acceso a recursos científicos de alta calidad y de diversas dis-ciplinas, provenientes de las instituciones de educación superior e investigación en México.

El C3 tiende puentes: entre las ciencias exactas, las naturales, sociales y humanísticas; entre teoría, experimento y simulaciones en computadora; entre investigadores, profesores de enseñanza superior, media superior y media; entre las diversas disciplinas del conocimien-to; así como entre actores sociales involucrados en la identificación y solución de problemáticas concretas, y desarrolladores del uso de los conocimientos científicos.

Sus principales líneas de investigación son: complejidad en ecolo-gía y medio ambiente, inteligencia computacional, complejidad social, complejidad en biología de sistemas, y complejidad y salud. Cuenta con más de 230 miembros de diversas instituciones mexicanas tales como la UNAM, el IPN, la UACM, la UAM, el Cinvestav, y la UAEM, entre otras. Uno de los proyectos que más llama la atención es el de la edición de libros. La comunidad científica dedicada al estudio de los sistemas complejos en México es una comunidad madura que produce trabajo de punta, y colabora con las principales instituciones del mundo.


INTERDISCIPLINA

Física, matemáticas y astronomía

La interdisciplina entre la física y las diferentes ramas del conocimien-to cuenta con una inmensa variedad de historias en que los resultados, además de ser sorprendentes, han aportado conocimiento invaluable a la humanidad y han transformado al mundo en que vivimos. Una de las relaciones más prolíficas se ha dado con las matemáticas. De hecho, lo que esta última tiene en común con la física y lo que la di - ferencia, puede llegar a ser, en ocasiones, por completo confuso. Al-gunos de los desarrollos entre estas dos disciplinas, han llevado a nuestra concepción del universo hacia una dinámica de evolución.

Una de las historias más interesantes y controvertidas entre físi-cos y matemáticos tiene que ver con el cálculo diferencial que inició Newton con el fin de describir los fenómenos físicos del movimiento en un lenguaje apropiado. La idea original también se atribuye a Leib-niz. Entre ambos autores hubo un vigoroso intercambio de ideas por medio de cartas. El problema entre ambos se inició cuando Leibniz publica primero estas ideas; de hecho, el asunto fue tan grave que en 1711 John Keill, con el supuesto consentimiento de Newton, acusó a Leibniz de plagio en la revista de la Real Sociedad de Londres, dando inicio de esta manera a la disputa sobre la paternidad del cálculo. Newton también participó en los inicios de la importantísima asocia-ción entre la física y la astronomía: Newton recurrió frecuentemente a los datos observacionales del astrónomo John Flamsteed, para dar sustento experimental a su teoría de la gravitación universal (de la Peña, 2007).

Otro ejemplo de la fructífera relación entre físicos, matemáticos y astrónomos tuvo que ver con el desarrollo de la relatividad ge-neral en sus inicios y culminación. En su etapa más temprana, fue fundamental la interacción del matemático Marcel Grossmann con Albert Einstein, gracias a la cual éste tuvo la oportunidad de aprender geometría no euclidiana, lenguaje que desempeñó un papel esencial


en el desarrollo de la teoría de la relatividad especial. La intuición básica de Einstein consistió en postular que en un punto concreto no se puede distinguir experimentalmente entre un cuerpo acelerado uniformemente y un campo gravitatorio uniforme. En 1913 Einstein y Grossmann publicaron el “Esbozo de una teoría generalizada de la relatividad y de una teoría de la gravitación”, un trabajo conjunto en el cual se representaba el campo gravitatorio por medio del tensor métrico, que simultáneamente representaba la estructura del espa-cio-tiempo. A diferencia de todas las teorías físicas conocidas hasta entonces, la estructura del espacio-tiempo aparecía aquí por primera vez, no ya como un ente dado a priori, sino como sujeta a ecuaciones dinámicas que la hacen depender del campo gravitatorio mismo y de sus fuentes. Este cambio radical de concepción fue otro de los pasos fundamentales que debían tomarse en la vía hacia la teoría general de la relatividad.

En la última etapa del desarrollo de esta teoría, Einstein, también escenificó uno de los encuentros más productivos entre físicos y ma-temáticos. En el verano de 1915 visitó Gotinga, invitado por David Hilbert, para exponer el estado actual de sus investigaciones. Posterior a su visita, la correspondencia entre Einstein y Hilbert constituyó un intercambio intenso de ideas. Esta correspondencia incluso llegó a en-tablarse diariamente. Fue un intercambio crucial para el progreso de ambos hacia la formulación de las ecuaciones de la relatividad general.

La teoría general de la relatividad permitió también reformular el campo de la cosmología. En los terrenos de la relatividad también tuvieron un encuentro productivo la astronomía y la física. En 1919 el astrónomo Arthur Eddington contribuyó a probar experimental-mente la teoría de la relatividad general, mediante la observación del desplazamiento de la posición relativa de una estrella durante un eclipse total de Sol.

El número de ejemplos que podríamos seguir ofreciendo es tan grande que basta con decir que es prácticamente imposible encontrar una sola área de estudio de la física que no haya tenido avances gracias al trabajo interdisciplinario con las matemáticas, así como podemos


decir que prácticamente en todas las actividades astronómicas se encuentra embebida la física.

Uno de los futuros más prometedores de la física y su interacción con otra disciplina será con la astronomía; de hecho, esta importante unión en las últimas décadas ha sido notablemente fructífera. Esto debido a que la actual teoría de partículas elementales es capaz de dar respuesta a algunas de las interrogantes más importantes de la astrofísica referentes al origen y evolución del universo.

Figura 4. Albert Einstein y Arthur Eddington.

Física y biología

Tal vez el ejemplo más conocido de la relación interdisciplinaria de física y biología es el de la determinación de la estructura del ADN, llevado a cabo por James Watson y Francis Crick. Los resultados teóricos y experimentales que se conocían sobre las principales pro-piedades físicas y químicas del ADN, hasta antes de 1950, esperaban ser unificados para explicar el misterio más grande de la química orgánica hasta esos días: la estructura y función del ADN. Estos ex-perimentos se asemejaban a las piezas de un rompecabezas en espera de ser colocadas en el lugar correcto.


Los primeros experimentos datan de 1866, cuando el monje austriaco Gregor Mendel, publicó los resultados de sus investiga-ciones con plantas de chícharos, en los que postulaba la existencia de unidades individuales de la herencia, a las que llamó genes. En 1944, Oswald Avery, demostró que los genes están hechos de ácido desoxirribonucleico (popularmente denotado como ADN), sustancia que se encuentra en el núcleo celular, descubierta en 1869 por el bioquímico alemán Friedrich Miescher. El ADN contiene instruccio-nes genéticas usadas en el desarrollo y funcionamiento de todos los organismos vivos conocidos y algunos virus, y es responsable de la transmisión hereditaria de sus características. Es un polímero for-mado por dos cadenas de monómeros llamados nucleótidos. Cada nucleótido está conformado por una base nitrogenada (de las que cuatro tipos diferentes se hallan en el ADN de los organismos vivos: adenina, guanina, citosina y timina), un hidrato de carbono (o azúcar, llamado desoxirribosa) y un grupo fosfato (un átomo de fósforo y cuatro de oxígeno). Los cuatro tipos de nucleótidos difieren solamente en el tipo de base nitrogenada, las cuales pueden ser púricas (adeni-na o guanina) o pirimídicas (citosina o timina). En 1949 se publican las reglas de Chargaff que establecían que en el estudio del ADN de diferentes especies, lo que se observa es que la cantidad de adenina (A) es igual a la cantidad de Timina (T), y la cantidad de citocina (C) es igual a la cantidad de guanina (G), pero que la cantidad de A+T no es igual a la de C+G y depende de la especie.

Cuando Watson y Crick comenzaron a interesarse en la estructura molecular del ADN, en la universidad King’s College, Maurice Wilkins y Rosalind Franklin utilizaban la técnica de cristalografía por difrac-ción de rayos X para estudiar su estructura. El patrón de manchas generadas por la difracción mostraba una clara forma de cruz, lo que para los expertos era señal inequívoca de una estructura helicoidal.

En la década de los cincuenta también se tenían grandes avances teóricos en la química, y uno de los más sobresalientes se debe a Linus Pauling, quien pudo deducir una de las estructuras secundarias que conforman las proteínas (hélices alfa) partiendo únicamente de


principios químicos. Para lograr tan importante descubrimiento, Pauling se había auxiliado de modelos tridimensionales construidos con bolas y varillas; los había manipulado hasta encontrar una confi-guración que no violara las reglas de la química, y que a la vez pudiera explicar la estructura de las proteínas. Jugando con estos modelos Pauling construyó su modelo de ADN, el cual constaba de tres hebras de nucleótidos formando una hélice triple, con los fosfatos en el centro.

El conocimiento de la fotografía, obtenida por rayos X por Wilkins y Franklin, dio a Watson y a Crick los elementos necesarios para saber que la estructura propuesta por Pauling era correcta si se tomaban, en lugar de tres hebras, tan solo dos para formar una hélice doble. Esto debido a que era la única forma en que se obtenía concordancia con el ancho de la hélice de las fotografías de rayos X. Ellos propusie-ron que la estructura del ADN estaría formada por una doble hélice constituida por dos hebras o cadenas complementarias formadas a su vez por nucleótidos. Las principales consecuencias de la comple-mentariedad de bases se manifestaron en la explicación de las reglas de Chargaff, de la replicación (proceso que produce dos hélices hi - jas a partir de una hélice madre, virtualmente sin errores de copia), y de la secuencia de bases como portadora de información genética. Los resultados los publicaron en un artículo de no más de 900 palabras en la revista Nature el 25 de abril de 1953. Esta publicación trajo como consecuencia el crecimiento dramático de la biología molecular y un cambio fundamental del mundo en que vivimos.

Un ejemplo sobresaliente de la interacción entre la física y la biolo-gía en nuestro tiempo, surge del estudio de la acuaporina. El transpor-te y la señalización en la membrana celular, así como en los diversos compartimentos intracelulares es fundamental para el funcionamien-to de todas las células. Uno de los canales por los que se lleva a cabo el transporte de agua es la acuaporina. El conocimiento detallado del fun-cionamiento de estos canales, se derivó de aportaciones de físicos en simulaciones de dinámica molecular, electrodinámica, mecánica esta-dística, espectroscopias ultrarrápidas y termodinámica (Lemus, 2012).


Prácticamente en todos los países del primer mundo existen insti-tutos de salud con más de un departamento relacionado con la física biológica. El instituto más importante del mundo, el National Insti-tutes of Health, cuenta con físicos en todos sus institutos; y el CIT tiene como una de sus principales encomiendas aplicar matemáticas, cómputo y física en sistemas biológicos. La política del NIH ha sido tan agresiva que dan un bono extra de mil dólares para aquellos pos-doctorantes que muestren que su proyecto tiene una clara aplicación de la física en sistemas biológicos.

Instituciones que estudian física biológica

En más de 500 universidades en todo el mundo cuentan con un depar-tamento de física biológica. Algunas de las universidades con los cen - tros de física biológica más grandes del mundo son: la Universidad de Rice (Center for Theoretical Biological Physics), los departamentos de Molecular Physiology and Biological Physics, de las universidades de Virginia, Oxford, Lund, Boston, California, Cambridge, Manchester, Johns Hopkins, Barcelona y el MIT, entre otras.

En nuestro país no existe ningún departamento de física biológi-ca, aun cuando prácticamente todos los departamentos de física del país tienen algún investigador asociado con dicha rama. Respecto de los estudios de posgrado en física biológica, estos se pueden llevar a cabo en prácticamente todos los departamentos de física de nuestro país. En México existe una gran tradición en los departamentos de biofísica como el Departamento de Fisiología, Biofísica y Neurocien-cias (Cinvestav), y el Instituto de Física y la Facultad de Ciencias de la UNAM. En licenciatura la sólo dos universidades imparten estudios en física biológica, la Universidad Autónoma de San Luis Potosí y la Facultad de Ciencias de la UNAM. La labor de la física biológica no es precisamente formar un físico capaz de aplicar la física a sistemas bio-lógicos, y en esto radica su principal diferencia con la física biológica.


Física y química

La nanociencia es el estudio de los sistemas cuyo tamaño es de unos pocos (10-100) nanómetros. Un nanómetro (nm) es igual a 10-9 metros, alrededor de 10 átomos de hidrógeno. Lo que ocurre a estas esca-las la nanociencia trata de comprenderlo y la nanotecnología busca manipularlo y controlarlo. La nanotecnología comprende el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia, y la explotación de sus fenómenos y propiedades en la nanoescala. La característica fundamental de la nanotecnología es que constituye un ensamblaje interdisciplinario de varios campos de las ciencias naturales. En su estudio, los físicos, juegan un papel fundamental, como en la construcción de los microscopios usados para estudiar estos fenómenos y en la aplicación de las leyes de la mecánica cuántica.

El término nanotecnología lo acuñó en 1974 el ingeniero japonés Norio Taniguchi en un artículo publicado en los Proceedings of the International Conference on Production Engineering. En 1979, los químicos Peter Wiles y John Abra, de la Universidad de Canterbury, descubrieron pequeños rollos de átomos de carbón, que más tarde se llamaron nanotubos. En 1981, Gerd Binnig y Heinrich Rohrer, en la IBM, desarrollaron el microscopio electrónico de túnel de barrido que hizo posible ver átomos individuales y más tarde manipularlos. En 1985 los químicos Richard Smalley, Robert Curl y Harry Kroto, descubrieron el fullereno C60. Los fullerenos son la tercera forma molecular más estable del carbono, después del grafito y el diamante. En julio de 2010, la NASA anunció el descubrimiento del fullereno C70 en la nebulosa planetaria Tc1. Los astrónomos creen que los fullerenos son creados en las capas exteriores de las estrellas, y expulsados al espacio después de la explosión de aquellas.

La nanotecnología se ha utilizado en el recubrimiento de automó-viles, mediante una pintura con nanopartículas de metal, diseñadas para crear un efecto iridiscente. Los doctores han fabricado nanopar-tículas hechas de semiconductores para identificar tumores o tejidos


inflamados, y dirigir hacia ellos terapias más efectivas. También se han creado materiales de un grosor nanométrico para conseguir vidrios que se limpien a sí mismos o para lograr células solares más eficientes. Se han producido cilindros de átomos de carbono, llamados nano-tu-bos de carbón, los que por su resistencia se han usado como partes en automóviles, o en equipos deportivos, como raquetas de tenis. Se han transformado hebras de ADN en máquinas que, bajo comando, pueden abrir y cerrar circuitos, y usar proteínas para fabricar un pequeño motor de 80 nanómetros de grosor, en el que giran pequeños rotores. Los investigadores sugieren que este motor podría eventualmente bombear dentro del organismo cantidades precisas de drogas a células dañadas o cancerosas, o incluso empujar vehículos de nano-tamaño a través del torrente circulatorio con el objeto de dirigirse a algún tumor.

Son múltiples las áreas en las que la nanotecnología tiene poten-ciales aplicaciones, como los cosméticos, la industria farmacéutica, los electrodomésticos, la construcción, las comunicaciones, la industria automotriz y aeroespacial.

Figura 5. Representación de las posiciones de los átomos que conforman el ADN.


Física médica

La física médica es la aplicación de la física a la medicina y cuyas con-tribuciones en esta rama son de vital importancia en el sector salud. Se puede considerar que su historia comienza en el siglo XVIII, cuando el científico y médico italiano Luigi Galvani descubrió que los músculos y células nerviosas eran capaces de producir electricidad. Posterior-mente, a partir de la relación entre electricidad y el cuerpo humano, así como de los avances de la ciencia en electromagnetismo en el siglo XIX, se desarrollaron nuevas contribuciones en el tratamiento y diagnóstico médico por parte de científicos como D’Arsonval.

Los descubrimientos del electrocardiograma y del electroencefa-lograma fueron posibles gracias a nuevas tecnologías, como los voltímetros con sensibilidad o galvanómetros creados por Willem Einthoven, médico y fisiólogo alemán. La actividad de los rayos X y la radiactividad en el diagnóstico y la terapia fue la responsable directa de la introducción de la física en los hospitales. En la década de los cincuenta, médicos y profesionales en física médica comenzaban a trabajar en conjunto. En los años sesenta y setenta se crearon las leyes que establecieron la presencia de este profesional en algunos campos de la medicina, como en la radioterapia y la medicina nuclear.

Hoy en día es simplemente imposible imaginar el funcionamien-to de un hospital sin los desarrollos en esta rama de estudio. En la actualidad, el físico médico se desarrolla principalmente en las áreas de la radiología diagnóstica e intervencionista, en medicina nuclear, radioterapia, radiocirugía, protección radiológica, metrología de ra-diación, biomagnetismo, radiobiología, procesamiento de señales e imágenes médicas, clínica e investigación epidemiológica. En nuestro país todas estas ramas se cultivan. En México la Maestría en Física Médica se imparte solamente en el Posgrado en Ciencias Físicas de la UNAM y en la Universidad Autónoma del Estado de México. Actual-mente en la UAM-I se encuentra la Especialización en Física Médica Hospitalaria, la cual tiene un importante componente médico y se


enfoca en preparar expertos que entiendan el funcionamiento y las normas de un hospital.

Figura 6. Radiografías del cerebro.

POLÍTICAS DE DESARROLLO Y FORMACIÓN DE RECURSOS HUMANOS

Para el idóneo desarrollo, y para promover políticas que favorezcan el estudio interdisciplinario en nuestro país, son necesarias varias acciones en conjunto e individualmente. En el ámbito individual, la interdisciplina surgirá naturalmente cuando los científicos adopten un compromiso con carácter social de su labor diaria.

A escala nacional, las líneas de investigación y posgrados de los centros de investigación Conacyt acreditan el interés y los esfuer - zos que se han hecho por crear centros de interdisciplina. Ejemplo de interdisciplina entre la física y otras áreas del conocimiento son: Cen-tro de Investigación en Materiales Avanzados, S.C. (Cimav), Centro de Investigaciones en Óptica, A.C. (CIO), Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE), y el Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica (Ipicyt).

Asimismo, las Redes Temáticas del Conacyt manifiestan el interés de la física en la interdisciplina en México. Ejemplo de esto son las Redes de Complejidad, Ciencia y Sociedad, Nanociencias y Nanotec-nología, Materia Condensada Blanda, y Ciencia y Tecnología Espa-ciales. Con respecto a las convocatorias para asignación de recursos a proyectos de Conacyt, la de fondos institucionales hace especial


énfasis en la consolidación de grupos interdisciplinarios de investi-gación. Esto también se refleja en las convocatorias para proyectos de investigación publicadas por las universidades de todo el país en la última década.

El punto más importante por tratar debido a su poco desarrollo en el ámbito nacional, es la formación de recursos humanos en y para la interdisciplina. Para su idóneo crecimiento es primordial que las instituciones incorporen en sus planes de estudio materias con contenidos de sistemas complejos e interdisciplina en los diferentes niveles. En licenciatura se pueden plantear algunas materias enfocadas en los elementos básicos de otras disciplinas y mostrar cómo la física es capaz de explicar el comportamiento en otras ramas de estudio. Sería loable promover esto entre estudiantes con más de dos terceras partes de los créditos cubiertos.

En maestría y doctorado promover el estudio de sistemas com-plejos y en la interdisciplina. Para llevar a cabo esta labor puede ser importante introducir el concepto de posgrados nacionales, en los cuales puedan converger investigadores de diferentes ramas y dife-rentes centros de estudio. Este tipo de posgrado incrementaría sus-tancialmente la cultura general de los estudiantes, sin perder de vista que estaría obligado a formar físicos capaces de resolver problemas con las herramientas que la física provee, sin intentar ser un experto en la rama que asiste.

En todos los niveles es importante fomentar el estudio del lenguaje de la rama con la que se asocia, ya que gran parte del éxito depende de la apta comunicación entre diferentes ramas de la ciencia. La gran importancia de las políticas académicas en esta dirección es que se podría tener, en un futuro cercano, una generación de investigadores creados desde y para la interdisciplina.

Para fines de organización y difusión sería deseable que se crearan divisiones de sistemas complejos y de física biológica en la Sociedad Mexicana de Física, y que se impulsara la existencia de una sección de estas ramas dentro de la estructura de su Congreso Nacional. El de - sarrollo mundial de esta disciplina es tan grande que la sociedad


de física biológica en Estados Unidos cuenta con más de nueve mil miembros, y en prácticamente todas sus universidades importan-tes cuentan con un departamento. El gobierno de ese país también invierte grandes cantidades de dinero anualmente en sus institutos de nacionales de salud (NIH). Europa y Asia cuentan con sociedades con varios miles de miembros y en sus universidades importantes, desde mediados de los años cincuenta, ofrecen la licenciatura en física biológica.

Económicamente hablando, varias instituciones académicas y algunas gubernamentales del país han creado convocatorias para proyectos que tienen como finalidad desarrollar y fomentar la inter-disciplina. Se espera que tan buen inicio continúe en el futuro.

La interdisciplina entre físicos y matemáticos continuará como una fructífera historia. El desarrollo futuro de la interdisciplina en la física nacional y mundial se orientará principalmente en dos ramas: las nanociencias y los sistemas biológicos. Y esto debido a su elevado componente tecnológico y su inseparable relación con la salud, tema por el que los gobiernos y empresas privadas muestran un gran interés, ya sea por cuestiones genuinas, ya que la salud es un problema social para los gobiernos, o meramente por cuestiones económicas, pues la salud es uno de los negocios más redituables en todo el mundo.

Lo que no deja lugar a dudas es que el desarrollo futuro de la física en la interdisciplina traerá grandes beneficios científicos, filosóficos, tecnológicos y sociales.

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gital Universitaria 13, Abril.

175

UNA MIRADA A LA INVESTIGACIÓN FUTURA EN FÍSICA MÉDICA EN MÉXICO

María Ester Brandan*, Miguel Ángel Ávila**, Ruben Fossion*** , 4* y Leonardo Zapata Fonseca 5*

INTRODUCCIÓN

Física médica es la especialidad de la física que aplica sus conceptos y herramientas en la prevención, el diagnóstico y el tratamiento de las enfermedades del ser humano. Además de ser un área de inves-tigación, es una especialidad profesional que permite desempeñarse como físico médico clínico en un servicio de salud. Los asuntos tra-tados en este capítulo se limitarán al ámbito de la investigación en física médica.

El desarrollo en México de la investigación en física médica hasta su estado actual acaba de ser revisado, e invitamos al lector intere-sado a referirse al libro La física en México. Este análisis mira hacia el futuro, basado en los intereses actuales de la comunidad de inves-tigadores en el país.

* Instituto de Física.** Facultad de Medicina.

*** Instituto de Ciencias Nucleares. 4* Centro de Ciencias de la Complejidad (C3). 5* Plan de Estudios Combinados en Medicina (Pecem), Facultad de Medicina. Universidad Nacional Autónoma de México.


Los investigadores en física médica de México se encuentran –mayoritariamente– asociados a la Red Física Médica, creada en 2015 dentro del programa de Redes Temáticas de Investigación del Conacyt. Sus objetivos centrales son integrar a los investigadores nacionales, fortalecer relaciones con el sector médico, y reforzar la relación entre las vertientes de investigación y profesional de la es-pecialidad. En 2017, la Red Física Médica cuenta con 96 miembros (60 hombres y 36 mujeres; agrupados como 37 investigadores, 17 no-académicos y 42 estudiantes) provenientes de 31 instituciones nacionales sitas en 12 entidades federativas, y dos extranjeras (EUA y Suecia). Las entidades geográficas con mayor presencia en la Red son la Ciudad de México, el Estado de México, y Puebla. Las áreas de investigación en que se agrupan los miembros de la Red son Física y dosimetría de la radioterapia, Física y dosimetría de las imágenes de diagnóstico médico con radiación ionizante, Uso de radiación no- ionizante en medicina, Física biológica en medicina, y Educación y asuntos profesionales.

La comunidad asociada a la Red discutió las prioridades temá-ticas que desea ver apoyadas durante los años siguientes y escogió tres temas de investigación, considerados de frontera y de interés y relevancia para México. Los miembros se interesan particularmente y desean fortalecer su labor científica en: métodos cuantitativos en el análisis de imágenes médicas y radiómica; uso de imágenes con información funcional para la planificación de tratamientos de radioterapia individualizados; y redes fisiológicas, pronóstico y medi-cina preventiva. Sin haber sido la intención, esta selección refleja los tres intereses generales de la especialidad, la aplicación de la física en la prevención, el diagnóstico y el tratamiento de las enfermedades.

Ofrecemos una breve descripción de cada tema –escrita por los investigadores que encabezaron cada presentación– y concluimos con una propuesta concreta de desarrollo científico y profesional.

177UNA MIRADA A LA INVESTIGACIÓN FUTURA EN FÍSICA MÉDICA EN MÉXICO

MÉTODOS CUANTITATIVOS EN EL ANÁLISIS DE IMÁGENES MÉDICAS Y RADIÓMICA

Iniciamos la sección inspirados en las palabras de R.J. Gillies y cols., “las imágenes médicas son más que figuras, son datos”. La afirma-ción puede parecer trivial para un lector educado en el siglo XXI y con experiencia en el manejo de imágenes digitales, pero representa un desafío para quien conoce la forma tradicional de interpretación de las imágenes médicas: la evaluación visual. El trabajo tradicional del radiólogo es identificar lesiones sospechosas a partir de propiedades globales como la intensidad en una región de interés, y ciertas carac-terísticas como los bordes y la forma de la posible lesión. El resultado de este trabajo, aunque altamente especializado, contiene necesaria-mente una alta dosis de subjetividad.

El análisis cuantitativo intenta reducir el elemento subjetivo en la evaluación de las imágenes médicas. Aunque todavía su incorpo-ración en la práctica clínica es limitada, su avance es acelerado. La irrupción de la imagen digital (matrices de números que sustituyen a la película radiográfica del siglo pasado) en los servicios médicos, junto con el desarrollo de sistemas de cómputo rápidos y económi-cos, son algunos de los factores responsables de su acelerado impacto en la actualidad. Las herramientas cuantitativas más simples, y de uso relativamente común actualmente, son el cálculo del promedio, dispersión, momentos centrales y azar, derivados del histograma de intensidades de los vóxeles en la región de interés a través de estadís-tica de primer orden. La textura de la imagen, o el estudio del arreglo local de intensidades, requiere de medidas estadísticas de más alto orden. Para cuantificar patrones espaciales presentes en la imagen se usa la matriz de co-ocurrencia, u otras matrices que describen la relación de las intensidades de gris entre vóxeles vecinos.

Se le llama radiómica a la combinación de estos valores, obtenidos de una gran cantidad de imágenes, con un modelo estadístico con el objetivo de brindar pronósticos o diagnósticos clínicos más exactos.


La radiómica se basa en la presencia de información patofisiológica en las imágenes biomédicas, que puede ser extraída a través de métodos cuantitativos. El precursor de la radiómica ha sido la Detección Asis-tida por Computadora (CAD, por sus siglas en inglés), de uso bastante extendido, sobretodo en la detección temprana del cáncer de mama por mamografías. Sin embargo, CAD se basa en el uso de un equipo específico para lograr una sola respuesta, por ejemplo, la presencia de una lesión o una malignidad en una mamografía. La radiómica va mucho más allá, ya que aspira a extraer un gran número de caracte-rísticas cuantitativas de un gran número de imágenes, su arreglo en bases de datos, y luego su minería para generar y/o probar hipótesis de trabajo. Combina las características de las imágenes con otras de los pacientes, aspirando a mejorar el apoyo a sus decisiones estadísti-cas. Se anticipa el uso de datos de millones de pacientes y se espera el surgimiento de una cantidad inagotable de biomarcadores de imagen que podrían apoyar el diagnóstico o el tratamiento. Las imágenes que se espera incorporar en este esfuerzo son de tomografía computada, por emisión de positrones y por resonancia magnéticas (CT, PET y MRI, por sus siglas en inglés).

Una de las ventajas de la radiómica es que para cada paciente con cáncer existen imágenes digitales que se podrían usar en el análisis. Sin embargo, los desafíos son aún inmensos al considerar los requi-sitos a nivel de protocolo de adquisición, análisis y presentación, para que tales imágenes sean de utilidad.

La comunidad de físicos médicos y de médicos interesados en el avance de la física médica en México incluye a radio-oncólogos y cien-tíficos especialistas en imágenes (básicos y clínicos) cuya formación permite aportes al campo de la radiómica. Se requiere investigación y desarrollo de métodos cuantitativos de análisis de imágenes médi-cas y de biomarcadores de imagen qué asociar al diagnóstico o a la respuesta de tumores en pacientes que formen parte de ensayos clínicos. Esperamos que este tema, a través de la educación y entrena-miento transdisciplinario que conlleva, pueda surgir como un nicho de desarrollo local, en favor del conocimiento y de la calidad de los


servicios de salud. Las referencias al final del capítulo servirán como una primera guía para el lector interesado.

USO DE IMÁGENES CON INFORMACIÓN FUNCIONAL PARA LA PLANIFICACIÓN DE TRATAMIENTOS DE RADIOTERAPIA INDIVIDUALIZADOS

El cáncer es una de las primeras causas de muerte a nivel mundial; estadísticas de la Organización Mundial de la Salud indican que más de ocho millones de personas mueren cada año a consecuencia de esta enfermedad, lo que representa aproximadamente un 13% de las muertes a nivel global, y se proyecta que el número de casos nuevos de cáncer aumentará en un 60% en las siguientes dos décadas, pa-sando de 14 millones en el 2012, a 22 millones en el 2032. De ahí la importancia de contar con métodos cada vez más efectivos para la de - tección temprana y tratamiento, que conjuntamente favorecen el pronóstico de la enfermedad y la recuperación de los pacientes, y en esta tarea la radiación ionizante juega un papel preponderante.

Por más de un siglo, la radiación ionizante (rayos X, rayos gamma y partículas cargadas de alta energía) ha mostrado ser una herramienta efectiva para el tratamiento del cáncer, y hoy en día la radioterapia, junto con la cirugía y la quimioterapia, es uno de los pilares funda-mentales del tratamiento oncológico. El objetivo de la radioterapia es depositar una alta dosis de radiación a las células tumorales con el fin de destruirlas, disminuyendo al máximo el daño producido en el tejido sano circundante. Este principio ha impulsado importantes avances tecnológicos que han dado lugar a las novedosas técnicas de radioterapia actuales como la radiocirugía y la radioterapia conforma-cional de intensidad modulada (IMRT), que permiten depositar altas dosis de radiación con precisión milimétrica. Sin embargo, para que esta precisión se traduzca en un beneficio para el paciente, se requiere de métodos de imagen que permitan delimitar de manera adecuada el volumen blanco a tratar. Actualmente, la planificación e impartición de un tratamiento de radioterapia es contralada por computadora, y


la mayoría de los sistemas de planificación de tratamientos incorpo-ran imágenes tridimensionales, principalmente de tomografía axial computada (TAC). Más allá de la densidad electrónica, las imágenes de TAC proporcionan información anatómica para alimentar los sistemas de planificación. No obstante, los equipos de imagen híbridos moder-nos permiten fusionar imágenes de TAC con las obtenidas mediante otras técnicas de imagen con capacidad de proporcionar información funcional, como la Tomografía por Emisión de Positrones (PET), que hacen posible una mejor definición del volumen blanco a tratar.

La creciente disponibilidad y uso de la PET en el diagnóstico y manejo de las enfermedades oncológicas ha experimentado un creci-miento exponencial en los últimos años y actualmente juega un papel esencial en la oncología clínica. La PET representa hoy en día la técnica más avanzada de diagnóstico médico por imagen ya que provee in - formación fisiológica o funcional de los procesos bajo estudio. Además, gracias a los avances tecnológicos y a la creación de radiofarmacias centralizadas que permiten la distribución de radiofármacos a hospi-tales que carecen de un ciclotrón, los estudios PET son cada vez más accesibles en el ámbito clínico. El FDG, un análogo de glucosa marcado con flúor-18, es el radiofármaco más comúnmente utilizado en PET y permite evaluar procesos como el cáncer que están relacionados con el metabolismo glucolítico. Así, las imágenes funcionales de PET con FDG, en combinación con imágenes anatómicas de TAC, proveen la infor-mación más precisa para definir lo que es conocido como el volumen blanco metabólicamente activo. Otros procesos fisiológicos de interés en oncología como la proliferación celular, metabolismo de aminoá-cidos, hipoxia, angiogénesis y apoptosis, pueden también evaluarse mediante PET, y toda esta información podría utilizarse para aplicar el principio de radioterapia biológicamente conformada (dose painting), en donde regiones potencialmente radioresistentes, como regiones hipóxicas en un tumor (ver figura 1), podrían ser tratadas con una dosis mayor al resto del tumor para garantizar un mayor control local.


Figura 1. Imágenes PET/CT de un tumor de cabeza y cuello que muestra regiones con hipoxia considerable evaluada con el radiofármaco [18F]

Fluoromisonidazol.

Imagen obtenida en la Unidad PET/CT de la Facultad de Medicina de la UNAM.

El uso de imágenes funcionales para la planificación de tratamientos de radioterapia individualizados puede denominarse como radioterapia guiada por imagen molecular, cuya característica principal es utilizar información cuantitativa de las imágenes sobre la distribución es - pacial de parámetros fisiológicos como metabolismo, proliferación celular, hipoxia y angiogénesis, entre otros, para diseñarse tratamien-tos que tenga las mayores probabilidades de éxito dependiendo de las características de la enfermedad de cada paciente. La incorporación de información funcional en las imágenes utilizadas para realizar la planificación e impartición de los tratamientos de radioterapia re-presentan una oportunidad, y al mismo tiempo un reto enorme para mejorar la efectividad de la radioterapia moderna; a pesar de ser un concepto relativamente nuevo, existe un buen número de reportes en la literatura especializada, incluido un documento técnico publicado por el Organismo Internacional de Energía Atómica (IAEA), y un reporte de la Asociación Estadounidense de Físicos Médicos (AAPM), cuya referencias se incluyen en la sección de bibliografía.

En México tenemos toda la tecnología necesaria para implementar la radioterapia guiada por imagen molecular, además de los recursos


humanos especializados en los diferentes campos del conocimiento involucrados. Este podría ser un buen ejemplo de una línea de inves-tigación integradora en la que pueden aglutinarse intereses de grupos de investigación de las áreas de radiodiagnóstico, medicina nuclear, análisis de imágenes y radioterapia, además de la vinculación con los clínicos, que es fundamental para implementar un protocolo de investigación de esta naturaleza.

En resumen, un buen tratamiento empieza por un buen diagnósti-co. Los tratamientos de radioterapia serán más efectivos en la misma medida en que seamos no solo más precisos al depositar la dosis de radiación en la zona afectada, sino también de que utilicemos infor-mación más específica para diseñar un tratamiento individualizado que tenga las mejores probabilidades de éxito. Con esto estaríamos encaminándonos a una medicina personalizada en la que se trate al paciente, no la enfermedad.

REDES FISIOLÓGICAS, PRONÓSTICO Y MEDICINA PREVENTIVA

El pronóstico, del griego πρόγνωσις lo cual significa “prever”, es un término médico para la predicción del desenlace probable a partir de la condición actual del paciente. Se pueden realizar estudios longitu-dinales en poblaciones de pacientes en condiciones comparables para calcular los porcentajes de pacientes que sobrevivirán y de los que morirán, pero esos estudios no necesariamente explican cuáles son las características que determinan la probabilidad de recuperación y/o de supervivencia. En pacientes individuales, para realizar un pronóstico acertado es necesario obtener información adicional que permite eva-luar su estado de salud global. Varios estudios han demostrado que el médico tratante suele sobreestimar la probabilidad de supervivencia de su paciente y desafortunadamente parecería que en tal caso la opi-nión profesional no siempre mejora con la experiencia (Glare, 2005).


MUERTE SÚBITA ENFERMEDAD TERMINAL DISFUNCIÓN ORGÁNICA FRAGILIDAD

tiempotiempo tiempotiempo

muerte muerte muertemuerte

func

iona

lidad

Figura 2. Trayectorias conceptuales de deterioro agudo o crónico. El reto es evaluar tal trayectoria en el paciente individual.

Figura basada en referencias (Lunney et al., 2003; Murray et al., 2005).

En diferentes campos de la medicina, se han desarrollado escalas clíni-cas con el propósito de predecir la trayectoria de deterioro fisiológico y funcional de una manera objetiva fundada en datos, véase la figura 2. Escalas de pronóstico de corto plazo, como las que se utilizan en los servicios de urgencias y la terapia intensiva (Knaus et al., 1991), se basan en los diferentes signos vitales cardinales (ritmos cardiaco y respira-torio, la presión arterial, la oxigenación de la sangre, la temperatura corporal, el estado de alerta, etc.) y pretenden estimar la probabilidad de supervivencia del paciente en una escala de horas o días (p. ej. el Early Warning Score [EWS], Apache I-IV). Las escalas de predicción de más largo plazo tienden a basarse sobretodo en los diferentes aspectos de funcionalidad del paciente porque los valores promedio de las diferentes variables fisiológicas tienden a estar dentro de los rangos adecuados. Un ejemplo son las escalas de estimación del tiempo remanente de vida en los cuidados paliativos (Glare, 2005). Otro ejemplo son las escalas de la fragilidad en la geriatría que tienen como objetivo predecir y prevenir desenlaces negativos en la salud como la discapacidad y la dependencia en el adulto mayor y sirven como una herramienta dentro de la medi-cina preventiva (Fried et al., 2001; Rockwood et al., 2005). Un punto clave en la construcción de todas esas escalas es la integración de la información de múltiples variables provenientes de diferentes órganos y sistemas de adaptación en una escala única que trata de cuantificar el estado de salud general del paciente.


A pesar de la utilidad demostrada de las escalas clínicas de pro-nóstico, éstas tienen una tasa de éxito limitada, y actualmente es de interés en la investigación médica poder incluir nueva información crucial para mejorar las predicciones. Resulta prometedor tomar en cuenta la variabilidad de ciertas variables fisiológicas alrededor de su valor promedio pues tal variabilidad refleja la capacidad de modula-ción de los mecanismos adaptativos subyacentes. Una de las variables que más interés ha generado en los últimos años es la variabilidad del ritmo cardiaco (HRV por sus siglas en inglés) que se puede medir de una manera no invasiva mediante un electrocardiograma (ECG), y que refleja el estado del sistema nervioso autónomo, el cual es con-siderado uno de los mecanismos de adaptación más importantes del cuerpo humano. Se ha comprobado que la HRV correlaciona con el pronóstico de sobrevida de pacientes en terapia intensiva (Paterson et al., 2006), el tiempo de vida remanente en pacientes paliativos (Kim et al., 2010) y con el estado de fragilidad del adulto mayor (Parvaneh et al., 2015). Ha habido esfuerzos para integrar la información sobre el estado de salud que ofrecen diferentes medidas no-invasivas de la fisiología como electrocardiogramas, electroencefalogramas, electro-miografía, electrooculogramas, etc., que recientemente ha culminado en las llamadas redes fisiológicas, donde la topología de la red refleja los diferentes estados fisiológicos como la vigilia, las diferentes fases del sueño (Bashan et al., 2012) y las respuestas ante tratamientos farma-cológicos (Grossman et al., 2013).

El cuerpo humano se puede considerar como un sistema complejo que consiste de múltiples órganos, procesos biológicos y mecanismos de adaptación que interactúan continuamente y donde cada disciplina médica se enfoca en un órgano, proceso o mecanismo en particular (Fossion, Zapata-Fonseca, 2015). Tal vez no es de sorprenderse que tanto en la práctica clínica como en estudios físico-matemáticos de la fisiología haya surgido la necesidad de integrar la información de di-ferentes variables específicos para definir y cuantificar una propiedad global como es el estado de salud general de una persona. La meta siguiente será “casar” el estudio físico-matemático de la fisiología


con la práctica clínica y encontrar una interpretación clínica de las redes fisiológicas.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Desde el cambio de siglo la física médica ha aumentado notablemente su presencia en México como área de investigación y de desarrollo profesional. La existencia de la Red Física Médica ha permitido abrir una discusión reciente sobre la orientación futura de nuestro campo de investigación bajo el concepto integrador de ser parte de una Red. Se han definido tres temas que se fortalecerán a través de futuras acciones con perspectiva de colaboración y vinculación. También, las tres líneas tienen un aspecto de investigación directamente asociado a un aspecto de aplicación clínica. Ellas son:

• Métodos cuantitativos en el análisis de imágenes médicas y ra-diómica

• Uso de imágenes con información funcional para la planificación de tratamientos de radioterapia individualizados

• Redes fisiológicas, pronóstico y medicina preventiva

Además de la definición de estos tres temas considerados prioritarios por nuestra comunidad, desde la Red presentamos recomendaciones concretas para el desarrollo inmediato de la física médica en México.

En cuanto a la investigación en física médica, recomendamos:

• La creación, en universidades e institutos nacionales, de grupos de investigación en física médica dedicados al avance del cono-cimiento y la formación de recursos humanos del más alto nivel, en las aplicaciones de la física para la prevención, diagnóstico y tratamiento de las enfermedades del ser humano.

En cuanto al desarrollo profesional especializado en física médica, recomendamos:


• La incorporación a los servicios de salud mexicanos de profesio-nales en física médica, apropiadamente especializados a través de educación y entrenamiento, para que formen parte del equipo humano multidisciplinario que requiere la medicina moderna.

AGRADECIMIENTOS

Agradecemos a la Red Temática Física Médica de Conacyt-México el apoyo que ha permitido la realización de este análisis.

REFERENCIAS

Introducción

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189

CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LA MATERIA BLANDA

José Luis Arauz Lara*

REFLEXIONES GENERALES PARA LA DISCUSIÓN

En el discurso público en México, todo mundo (gobernantes de todos los niveles y otros políticos, empresarios, académicos, etc.) reconoce que la ciencia es muy importante para el progreso de un país y para mejorar la calidad de vida de sus habitantes.

A la luz de esto, pueden surgir varias preguntas. Algunas son:¿La infraestructura científica mexicana es lo suficientemente

robusta para servir de pivote del desarrollo económico y social de nuestro país?

¿Qué hace cada sector (académico, político, empresarial) para fortalecer la investigación científica en México?

¿Está claro a quién le toca hacer qué y cómo?¿Qué tipo de investigación se debe hacer en México, fundamental,

orientada a las necesidades nacionales, una combinación ponderada? En general, en México la ciencia se desarrolla más en consonancia

con las tendencias internacionales que con las demandas sociales o del sector industrial locales. ¿Pero, el sector social o el industrial le demandan soluciones de problemas a la comunidad científica en México? ¿Cuáles, de qué tipo?

* Instituto de Física, Universidad Autónoma de San Luis Potosí.


ALGUNAS RESPUESTAS GENERALES

En México se hace investigación científica de buen nivel, según al-gunos criterios internacionales, y también existe una relación acade-mia-industria que crece lentamente. Sin embargo, la base científica es aún muy pequeña, no corresponde aún al tamaño de la economía mexicana. Falta incrementar posiblemente en un orden de magnitud la investigación científica en México en todos los renglones: número de investigadores, diversidad de temas e impacto.

Por otra parte, la demanda de soluciones por parte del sector industrial, social, gubernamental, hacia los académicos debe ma-nifestarse más claramente y más frecuentemente. La inversión en investigación por parte de la industria debe también aumentar.

SE DEBE OFRECER A LOS JÓVENES EDUCACIÓN Y EMPLEO DE CALIDAD, A CAMBIO DE TRABAJO DE CALIDAD

Empleo de calidad: Condiciones de trabajo y salarios equivalentes para trabajos similares a nivel nacional, reducción de la burocracia a lo mínimo indispensable, reducir el número de informes anuales, etcétera.Trabajo de calidad: Rendición de cuentas, investigación de nivel in-ternacional publicable en las mejores revistas, proveer educación de calidad, etcétera.

Es necesario un cambio en el esquema nacional de investigación científica, en los esquemas de evaluación, etcétera.

La investigación básica y el desarrollo tecnológico pueden tener varias modalidades, y algunos temas específicos pueden tener un desarrollo más productivo siguiendo la tendencia mundial de organi-zación de la investigación en redes de trabajo. Presento aquí, el caso del área de la materia blanda como un tema importante para nuestro país y como ejemplo exitoso de trabajo en redes.

191CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LA MATERIA BLANDA

MATERIA BLANDA

Este término se refiere a la materia que no es sólida cristalina ni líquido simple. La materia blanda cae en la interfaz entre la física, la química, la biología molecular, la ciencia de polímeros y la ingeniería molecular. Así, su estudio es multidisciplinario y comprende desde la síntesis y caracterización de materiales (química, bioquímica), estudio teórico-experimental de sus propiedades (física, fisicoquímica), estu-dio de materiales de origen biológico (biología, biofísica) y aplicaciones (ciencia e ingeniería de materiales). Muchos productos de consumo diario como alimentos, fármacos, pinturas, cosméticos, detergentes, etc., contienen estructuras en la escala de nanómetros a micras. Tales estructuras (micelas, vesículas, liposomas, emulsiones, lamelas, etc.) son formadas mediante el autoensamblaje espontáneo de moléculas anfifílicas, naturales o sintéticas, copolímeros, etc. Por ejemplo, el autoensamblaje de copolímeros por bloques se utiliza en el diseño y producción de materiales y dispositivos con propiedades específicas, ya sean electrónicas, magnéticas, ópticas, térmicas o químicas, cuya escala espacial característica es la antes mencionada. Sistemas bio-lógicos tales como las membranas celulares, el citoesqueleto celular, el ADN, los casquillos de virus, etc., deben su estructura al autoen-samblaje molecular de lípidos, proteínas y bases. Los fenómenos de autoensamblaje molecular son ubicuos en la naturaleza y han emer-gido recientemente en el ámbito internacional como una vía nueva para la síntesis química, la nanotecnología, la ciencia de polímeros, y la ingeniería de nuevos materiales, en particular de aquellos de origen biológico.

En el plano internacional, es en esta área de los materiales blandos donde el ciclo: Ciencia básica Ö Ingeniería Ö Desarrollo tecnoló-gico Ö … Ö Consumidor Ö Ciencia básica, ha tenido logros muy importantes en las últimas décadas. Sin embargo, se prevén éxitos aún mayores debido al gran interés en el diseño y control, a nivel molecular, de productos y procesos con un alto nivel de especificidad como es el caso del microencapsulamiento y suministro de fármacos,


de la producción de piel sintética biocompatible, etc. También hay un gran interés en el diseño de procesos de producción más eficien-tes para reducir la cantidad de materia prima utilizada. Es así que, por ejemplo, industrias como la farmacéutica, la petrolera, de pintu-ras, de alimentos, de polímeros, de cristales líquidos, de cosméticos, han sabido aprovechar dicho ciclo y han encontrado una verdadera asociación productiva con la investigación básica. Generalmente, el desarrollo de nuevos materiales y tecnologías amplía las preguntas que podemos abordar y por lo tanto ahonda nuestro entendimiento de fenómenos que parecieran intratables. De esta manera el ciclo se cierra, encontrándonos nuevamente con preguntas básicas generadas ahora por problemas de índole práctico.

INVESTIGACIÓN SOBRE MATERIA BLANDA EN MÉXICO

Formación de la Red Temática del Conacyt: Red de la Materia Blanda Condensada

La red tiene como finalidad impulsar el desarrollo del área de la materia blanda, referida también como fluidos complejos o materiales autoen-samblantes blandos, representa una gran oportunidad de desarrollo para nuestro país por varias razones. Primero, es un área emergente a nivel mundial y de mucho futuro en varias direcciones: en biología, medicina, química, polímeros, materiales, nanotecnología, terapia génica, etc., todas ellas de impacto directo en una gran variedad de industrias. Segundo, existen en México grupos consolidados de in-vestigación en el área mencionada. En su mayoría, dichos grupos se hayan ubicados en instituciones financiadas con recursos públicos: centros de investigación, universidades públicas, institutos, etc., y están dedicados principalmente a la investigación básica. Los resultados de dichas investigaciones son publicados en revistas de circulación in-ternacional y así, además de contribuir al conocimiento universal, es muy probable que sean de utilidad al desarrollo de nuevas tecnologías,


nuevos materiales, etc., aunque de momento principalmente en in-dustrias extranjeras. Tercero, hay en el país instalada una amplia gama de industrias (relacionadas con la materia blanda), nacionales y trasnacionales, que necesariamente deben ser usuarias de innova-ciones tecnológicas para mantener su competitividad, sobre todo en los tiempos actuales de globalización. Sin embargo, aunque algunas de ellas ya tienen laboratorios de investigación, estos son modestos y prácticamente están aún en etapa de prueba. Así, el ciclo mencionado antes es poco utilizado en nuestro país, lo cual se debe a dos razones fundamentales. Por un lado, la falta de tradición en la industria mexi-cana en el desarrollo de tecnología propia y su reticencia a invertir en ello. Se favorece de esta manera la importación de tecnología, y por lo tanto la dependencia. Por otro lado, la oferta por parte de los grupos académicos está más enfocada a la formación de recursos humanos y a la ciencia básica, con un menor énfasis en las aplicaciones. Estos dos factores, tal como se presentan en este momento, han reducido consi-derablemente las posibilidades de interacción academia-industria, aunque hay casos muy exitosos que sirven de ejemplo de cómo esta-blecer el ciclo mencionado arriba.

Temas de investigación de la Red

Propiedades estructurales, dinámicas y de transporte en la materia condensada blanda. Estudio de los fenómenos de: autoensamblaje supramolecular, arresto dinámico, efectos de confinamiento, lubri-cación, tensión superficial, mojado, etc. Sistemas de interés: bioma-teriales, fluidos complejos, coloides, partículas Janus, tensoactivos, microemulsiones, lamelas, micelas, emulsiones, fases bicontinuas, vesículas, espumas, cristales líquidos liotrópicos, cristales líquidos termotrópicos, fluidos magnéticos, polímeros, polímeros de bloque, dendrímeros, polielectrolitos, macroiones, proteínas, ADN, virus, máquinas blandas, monocapas de Langmuir, películas de Langmuir Blodgett, materia granular, geles, vidrios. etc. Métodos teóricos de


la mecánica estadística para estudiar la materia condensada blanda, física biológica, métodos de simulación molecular para materia con-densada blanda (dinámica molecular, Monte Carlo). Técnicas para de-terminar la estructura en la materia condensada blanda (dispersión de luz, dispersión y difracción de rayos X, microscopía de fuerza atómica, microscopía electrónica, microscopía óptica, reología, microreología, etc.). Aplicaciones en: microfluídica, pinturas, pegamentos y adhesi-vos, fármacos, transporte de fármacos, alimentos líquidos, cosméticos y afeites, detergentes, aditivos plásticos, lubricantes, etcétera.

Objetivo general

Con la red temática Red Mexicana de la Materia Condensada Blanda se plantea generar, integrar y desarrollar una red de investigadores en el campo de la materia condensada blanda, con el objetivo de racio-nalizar la investigación en este campo en México. Esto debe conducir en forma natural a promover el uso más eficiente de la infraestruc-tura experimental, computacional y humana disponible en el país, a promover el desarrollo de programas educativos para impulsar el conocimiento en este campo, así como para promover una relación productiva con la industria.


Distribución de los miembros de la Red de materia blanda por estado

1

4

1

10

71

23

31

624

2

31

13

1 3 2

5

B.C. 1

CHIH. 4

CHIS. 1

EDO. MEX. 10

CD. MX. 71

GTO. 23

HGO. 3

JAL. 1

N.L. 6

PUE. 24

El análisis de los logros y perspectivas de este grupo de trabajo a un año de su inicio está en proceso, pero podemos adelantar que se han iniciado colaboraciones entre los participantes que no se habrían lo - grado en ausencia de la Red y hay un mayor aprovechamiento de la infraestructura científica: equipos de laboratorio, de cómputo, bibliotecas, etc. Se inició un acercamiento con diferentes industrias y existen ya colaboraciones de algunos miembros de la Red con em-presas de polímeros, automotrices, pinturas, etc. Si el apoyo a este grupo se mantiene, pronto se verá un cambio cualitativo en el impacto de los proyectos de la Red: publicaciones en las revistas de mayor prestigio como Science, Nature, etc. y en los proyectos de desarrollo tecnológico.

LÍNEAS DE ACCIÓN PARA EL FUTURO de la Física en México

199LÍNEAS DE ACCIÓN PARA EL FUTURO DE LA FÍSICA EN MÉXICO

Iniciativa Nacional en Nanociencias y Nanotecnología

Propósito

Avanzar en el fortalecimiento y consolidación de las capacidades de investigación y desarrollo de aplicaciones en nanociencias y nano-tecnologías (N&N), a partir de la concertación de proyectos y conve-nios de cooperación interinstitucional para maximizar el rendimien-to conjunto de las inversiones realizadas en el país.

Antecedentes

Existe en México un número considerable de investigadores, dis-tribuidos prácticamente en todo el país, que desarrollan trabajo de buena calidad académica en N&N, así como un número creciente de em - presas, instituciones y particulares interesados en sus aplicaciones. Si bien a partir de la Red Temática apoyada por el Conacyt en años recientes se ha propiciado la cooperación interinstitucional, sus tra-bajos son todavía dispersos. Para impulsar la competitividad a nivel internacional es necesario integrar consorcios formales a propósito de demandas o necesidades específicas.

Descripción

• Elaboración de la Iniciativa Nacional en Nanotecnología. Defi-nición de áreas de oportunidad para México en el ámbito inter-nacional.

• Macro-proyectos nacionales en el área de nanotecnología. Defi-nición de cinco proyectos basados en las fortalezas y capacidades mexicanas para resolver problemas de energía, salud, medio am-biente, competitividad industrial y ciencia básica en el nivel na-cional.

• Educación en N&N. Definición de necesidades de recursos huma-nos en el país en los grados de licenciatura y posgrado. Propuestas de currícula normalizados en licenciatura y posgrado.

• Creación del Centro Nacional Virtual de N&N. Acopio de informa-ción sobre N&N a escalas nacional e internacional. Fomentar el uso óptimo de la infraestructura física. Actividades de educación con-tinua, difusión y vinculación con la sociedad, a través del acceso libre (internet) en todo el país.

• Como una posibilidad posterior, se propone la creación de un Cen-tro de Investigación e Innovación en Nanociencias (CIIN), con el ob-jetivo de realizar investigación científica y aplicada de alto impac-to en las áreas de salud y medio ambiente. El CIIN se concibe dentro del modelo de un centro regional que propicie el desarrollo de proyectos de investigación e innovación mediante la colaboración de los sectores académico, empresarial y gubernamental.


Impacto potencial

Se sentarían las bases para la realización coordinada de acciones de formación de capacidad en N&N a partir de una visión nacional inte-grada. Se determinaría tanto líneas de investigación como campos de aplicación preferentes, que permitirían orientar y aprovechar los recursos crecientes que se esperaría captar de diferentes fuen-tes, incluyendo destacadamente algunas privadas.

Instituciones participantes

UNAM, Cinvestav, IPN, UAM, IMP, Cimav, Ipicyt, INAOE, CIQA, Unison y en general todas las instituciones con miembros que participan en las diversas Redes Temáticas del área de Ciencia y Tecnología de Mate-riales de Conacyt.

Tiempo estimado y recursos necesarios

Las diferentes iniciativas señaladas en la descripción requieren el siguiente presupuesto:

• La elaboración de la Iniciativa Nacional en Nanotecnología requie-re un presupuesto estimado de tres millones 500 mil pesos. Tiem-po estimado es de 12 meses.

• El presupuesto para el desarrollo de los cinco proyectos es de 450 millones de pesos. Duración de cada proyecto: 42 meses.

• El presupuesto requerido para el programa de educación en N&N es de dos millones de pesos. Tiempo estimado: 12 meses.

• Creación del Centro Nacional Virtual de N&N, presupuesto requerido: Ocho millones de pesos anuales. Tiempo estimado: Cinco años.

• La Creación del Centro de Investigación e Innovación en Nanocien-cias (CIIN) requiere de un presupuesto estimado de 265 millones de pesos distribuido en un periodo de tres años.


Creación de un Centro Nacional de Investigación en Información Cuántica

Propósito

Crear un Centro Nacional de Investigación en Información Cuántica, que incorpore investigadores en física, ingeniería, matemáticas, ciencias de la computación, ciencia de materiales, química y biolo-gía; todos ellos con formación e interés en aspectos de los procesos cuánticos y sus aplicaciones en informática.

Antecedentes

En la actualidad existen en el país grupos de investigación, en al me-nos seis instituciones, trabajando en temas relacionados con metro-logía, física e información cuántica. Si bien estos grupos desarrollan investigación científica de calidad, no siempre cuentan con los re-cursos suficientes en relación con las crecientes necesidades de in-fraestructura y personal calificado. Por otro lado, la participación en desarrollos tecnológicos y el contacto con instituciones del sector productivo son escasos.

Descripción

En su etapa inicial se propone desarrollar acciones dirigidas a forta-lecer y consolidar los grupos de investigación existentes. Así como estimular la cooperación de investigadores y especialistas de las ins-tituciones participantes a partir del establecimiento de un Centro Virtual, el cual contará con un sitio web que sirva para sistematizar y organizar la información existente y las primeras acciones del Cen-tro. Estas acciones iniciales propiciarían tanto la formación e inter-cambio de personal de alto nivel como su movilidad desde y hacia grupos con visibilidad y reconocimiento internacional.

A partir de todo lo anterior se procedería a la formulación del pro-yecto para la creación de una unidad cooperativa que se designaría como Centro Nacional de Investigación en Información Cuántica, estrechamente ligado a las instituciones que le dieran origen, pero con la perspectiva de generar productos y desarrollos tecnológicos de beneficio a nuestra sociedad. Posteriormente se plantea la crea-ción y construcción de las instalaciones del Centro.

El Centro Nacional de Ingeniería Cuántica será un centro multidis-ciplinario donde se cultivarán principalmente las áreas de investi-gación siguientes:• Metrología y mediciones de precisión cuánticas.• Tecnologías de la comunicación y la computación cuánticas.• Estudio de sistemas cuánticos abiertos útiles para procesos de infor-

mación cuántica; que incluye sistemas de átomos y gases molecu-lares ultra fríos, sistemas de materia condensada y sistemas ópticos.


Descripción (cont.)

• Estructuras matemáticas útiles en la transmisión, procesamiento y manipulación de la información.

• Estudio de la relevancia de la física cuántica en procesos de interés biológico.

Impacto potencial

Se fortalecerían, consolidarían y ampliarían grupos que realicen in-vestigación trascendente de calidad en diversas instituciones del país. Se fomentaría la investigación con énfasis en la solución de problemas específicos en campos tales como informática, cripto-grafía, seguridad, metrología.

Se contaría con una institución que, además de realizar investi-gación original y de frontera, daría lugar a la innovación y la genera-ción de nuevas tecnologías, trabajando en contacto directo con el sector productivo.

Tendría una incidencia fundamental en la formación de recursos humanos a partir de un programa de posgrado.


Inicialmente la UNAM, el CICESE, el Cenam, la UASLP, la UG y el ITESM como integrantes del grupo fundador de la Dicu-SMF; y en general todas las instituciones con miembros que participan en la Red Temática de Tecnologías Cuánticas del Conacyt.


Las diferentes iniciativas señaladas en la descripción requieren el siguiente presupuesto:

• El fortalecimiento de los grupos existentes requiere una inversión en infraestructura de laboratorios que se estima en 75 millones de pesos. Tiempo estimado es de tres años.

• El diseño del Centro Nacional de Información Cuántica y su plan de desarrollo podría tomar un año. Los documentos resultantes re-flejarán estimaciones de los fondos necesarios para formación de personal y para inversión en infraestructura, así como las posibles fuentes de financiamiento.


Consolidación de la física experimental de altas energías (FEAE) y creación del Laboratorio Nacional

de Investigación en Física de Altas Energías

Propósito

Consolidar y ampliar la participación de grupos mexicanos en pro-yectos de grandes experimentos internacionales, buscando posicio-narse como líderes en diversos sectores y proyectos específicos.

Impulsar el establecimiento de un laboratorio dedicado al estu-dio de fenómenos de frontera en física de altas energías incluyendo como elemento esencial la física de aceleradores, de astropartículas, de detectores y los posibles usos prácticos de estos conocimientos.

Antecedentes

En México la física de altas energías es una actividad con un alto grado de desarrollo, ejercida por un sólido grupo de investigadores adscritos a las más importantes instituciones de educación superior y centros de investigación del país. En la actualidad hay alrededor de 160 investigadores con doctorado que dedican sus esfuerzos al es-tudio de distintos fenómenos relacionados con la física de partículas elementales y astropartículas. En particular la parte experimental de la disciplina ha tenido un importante desarrollo en los últimos años. Equipos de científicos, estudiantes, ingenieros y técnicos mexicanos tienen una presencia cada vez más relevante en experimentos reali-zados en grandes colisionadores u observatorios.

Descripción

I. Establecer iniciativas y esquemas que permitan consolidar y ampliar la participación de grupos mexicanos en las grandes colaboraciones internacionales. Se debe pugnar por ocupar posiciones de liderazgo en dichas colaboraciones, lo cual re-quiere adquirir compromisos de largo plazo que cuenten con financiamiento adecuado. Se deben implementar esquemas al-ternativos de financiamiento de las colaboraciones, se propone solicitar al Conacyt:

• La creación de Convocatorias Grupales Multianuales.• Ampliación del presupuesto otorgado a las Redes que repre-

sentan a grupos que participan en proyectos internaciona-les de altas Energías

• Establecer un Panel Nacional asesor para el desarrollo de grandes proyectos nacionales, incluyendo el otorgamiento de financiamiento (tipo HEPAP en EUA).

II. Se propone implementar proyectos ambiciosos, que culminen en experimentos de frontera en territorio nacional. Un paso sig-nificativo en esta dirección es el Observatorio HAWC (High Altitu-de Water Cherenkov GRB Observatory).


Descripción (cont.)

III. Un proyecto de gran relevancia se relaciona con la creación de un Laboratorio Nacional Multidisciplinario con instalaciones en superficie y subterráneas. Una parte estaría orientada a la fí-sica de aceleradores, de detectores y de posibles usos prácticos de estas tecnologías. La parte subterránea se relacionaría con la física de astropartículas, en particular, a la detección de mate-ria oscura y física de neutrinos. Adicionalmente el Laboratorio posibilitará el desarrollo de investigaciones en disciplinas tales como biología, geofísica y sismología, en un ambiente que pro-piciará el establecimiento de colaboraciones interdisciplinarias.

Impacto potencial

El diseño, construcción y operación de instalaciones experimenta-les de altas energías han tenido un impacto directo en el desarrollo científico y tecnológico de los países participantes. Adicionalmen-te han dado lugar a una derrama en investigación y desarrollo de diversas tecnologías (detección, aceleración, cómputo, electrónica, ultra-alto vacío, criogenia, etc.) y un impacto económico y social (construcción de la obra civil, modernización de la industria parti-cipante, generación de nuevas industrias relacionadas con tecnolo-gías novedosas, generación de empleos, etc.) que se queda princi-palmente en el país sede. Adicionalmente y de manera importante genera tecnología y aplicaciones de relevancia directa en campos como la salud, medio ambiente, química, ciencia de materiales, bio-tecnología, etcétera.


Unas 20 instituciones de educación superior o investigación en todo el país, vinculadas a través de la División de Partículas y Campos de la Sociedad Mexicana de Física y de las tres Redes Temáticas de Co-nacyt: (i) RT de Investigación en Física de Altas Energías, (ii) RT HAWC de Investigación en Astrofísica, Astropartículas y la Heliosfera, y (iii) RT Científica y Tecnológica para Alice-LHC.


Esta debe ser una iniciativa que comprenda el mediano (tres a cinco años) y el largo plazo (10 años o más). Buscando garantizar un finan-ciamiento sostenido y multianual.


Diseño y construcción de una fuente de luz de sincrotrón

Propósito

Impulsar la construcción de una fuente de luz sincrotrón en nues-tro país, lo cual constituiría una infraestructura científica de frontera para usuarios de múltiples disciplinas, que permitiría sustentar la competitividad de los grupos que hacen ciencia y desarrollo tecno-lógico, aprovechar la capacidad industrial del país y detonar proce-sos de innovación en el sector productivo.

Antecedentes

Más de 150 investigadores de nuestro país trabajan en proyectos científicos que requieren la utilización de fuentes de luz sincrotrón. En 2011 constituyeron la Asociación Mexicana de Usuarios de Radia-ción Sincrotrón y actualmente forman parte de la Red Temática de Usuarios de Luz Sincrotrón.

Por otro lado un grupo de académicos de diversas instituciones han trabajado por varios años en diversas labores de gestión y pro-moción de la iniciativa. Han elaborado un primer proyecto denomi-nado: “Plan estratégico para la construcción de un sincrotrón”.

Descripción

La primera etapa se concentra en la formación de recursos humanos en el extranjero; lo cual tiene avances importantes, pero se debe in-tensificar la formación del personal altamente calificado que se re-quiere para el desarrollo del proyecto.

Como ya se mencionó, la elaboración del “Plan estratégico para la construcción de un sincrotrón” está concluida.

En una segunda etapa se deben elaborar a detalle las diferentes partes del proyecto del sincrotrón mexicano. Incluiría: el diseño téc-nico, el plan de viabilidad y negocios, acompañado de los análisis y tiempo de realización, así como de los recursos humanos, materiales y financieros necesarios.

Como una etapa intermedia, pero muy útil para el proyecto, se considera la posibilidad de diseñar una línea de investigación, de-dicada a una técnica de análisis específica, que se instalaría en un sincrotrón de otro país, con el cual se establecería un convenio.

Como alternativa, se ha propuesto por parte de algunos grupos la posibilidad de que en una etapa intermedia se construya una fuente de luz compacta.

Una tarea importante es la gestión y búsqueda de socios, para asegurar el financiamiento necesario para el desarrollo del proyec-to, esto incluye los sectores académicos, gubernamentales y de la iniciativa privada.

Posteriormente se establecerían e implementarían las etapas de construcción y diseño e instalación de las líneas experimentales.


Impacto potencial

La disponibilidad de una unidad sincrotrón en el país representaría un respaldo valioso a los trabajos de investigación, desarrollo tec-nológico y aplicaciones realizados por grupos mexicanos que hasta ahora tienen que recurrir a laboratorios internacionales. Además abriría oportunidades para atender a usuarios potenciales en otros países.

Los beneficios y aplicaciones del sincrotrón son múltiples y de gran relevancia, incluyen estudios y aplicaciones en: química, ciencia de materiales, nanociencias, biología, cristalografía de macromo-léculas, diseño de fármacos, estudios del patrimonio cultural, indus-tria, geología, análisis de suelos y yacimientos petrolíferos, etcétera.


UNAM, Cinvestav, UAM, Cimav, UASLP, UG, BUAP y otras instituciones acadé-micas, gubernamentales y del sector productivo.


La realización de la totalidad del ciclo de desarrollo descrito tomaría varios años desde la formación de personal de alto nivel (que es un proceso ya en marcha) hasta la instalación y puesta en servicio del sincrotrón; se estima un lapso de ocho a 10 años.

El costo total del proyecto del sincrotrón se estima en 500 millo-nes de dólares distribuidos en un lapso de 10 años.


Física teórica y cosmología

Propósito

Avanzar en la formación, fortalecimiento y consolidación de grupos de trabajo en física teórica, cosmología y astrofísica, a partir de la concertación de proyectos y convenios de cooperación interinstitu-cional, buscando una mejor conjugación de los recursos de inves-tigación. Esto debe impactar en el desarrollo de tecnología avan-zada, aumento de capacidades de cómputo de alto rendimiento y de desarrollo de software para el manejo de grandes base de datos.

Antecedentes

Existe en México un número considerable de investigadores, distri-buidos prácticamente en todo el país, que mantienen un desarrollo sostenido de las áreas de física teórica, cosmología y astrofísica, los cuales se han organizado en diversas asociaciones científicas y re-des temáticas. Los grupos de investigación han estado extendiendo sus colaboraciones nacionales e internacionales para aumentar su competitividad e incrementar la calidad de los recursos humanos formados.

Descripción

Iniciar programa de creación de grupos y recursos humanos en in-vestigación para participación en colaboraciones experimentales de cosmología, gravitación y astrofísica:

• Energía oscura: DESI, LSST, Euclid.• Radiación de fondo cósmico: CMB-S4.• Ondas gravitacionales: LIGO, Virgo, Geo.• Análisis de datos en experimentos de cosmología y gravitación. • Experimentos que prueben principios fundamentales a altas

energías.

Impacto potencial

Preparar a los grupos de investigación para el uso de las nuevas tecnologías y software que serán la pauta para la astronomía y la astrofísica del siglo XXI. Trabajo conjunto entre diversas instituciones nacionales, para hacer más eficiente el uso de los recursos institucio-nales disponibles y propiciar el intercambio de experiencia entre los grupos con diverso grado de consolidación. Aumentar la calidad de los posgrados en física de las universidades públicas, así como de los programas de licenciatura en física.


UNAM, Cinvestav, IPN, UAM, INAOE, UG, y en general todas las instituciones con miembros que participan en las diversas Redes Temáticas del Área de Altas Energías del Conacyt.



Se requieren apoyos para el pago de membresías en las colabora-ciones internacionales, así como recursos para la movilidad de in-vestigadores y estudiantes para estancias de trabajo y asistencia a reuniones de las colaboraciones. El monto total del financiamiento necesario es de aproximadamente 500 mil dólares por año, por un periodo de hasta 10 años.


Fortalecer la investigación y el desarrollo profesional en física médica

PropósitoFortalecer el desarrollo futuro de la investigación y del desarrollo profesional de la física médica en México.

Antecedentes

La física médica ha crecido notablemente en México desde la llega-da del siglo XXI. Esto se refleja en la cantidad de instituciones acadé-micas y de salud donde se realiza investigación en la especialidad. La Red de Investigación en Física Médica del Conacyt incluye en 2017 a 37 miembros investigadores y 20 miembros no-académicos ads-critos a 31 instituciones en 12 entidades federativas. Muchos de los investigadores recibieron su formación en disciplinas de física bási-ca y se han re-orientado a la física médica recientemente (en parte debido al gran interés que esta disciplina despierta en los estudian-tes), resultando en la generación de muchos grupos de pequeño tamaño que cultivan temas muy variados, no siempre con la masa crítica necesaria. Estos grupos requieren fortalecerse, y se deben crear nuevos grupos, aprovechando el interés de varias universida-des por abrir esta disciplina considerada novedosa e interesante, y por jóvenes que cuentan con doctorados y experiencia postdocto-ral específicos en física médica interesados por desarrollar su carrera científica en México.

Por otro lado, las maestrías en física médica mexicanas están gra-duando unos 16 especialistas cada año, el 60% de los cuales busca un trabajo clínico al obtener el grado. No siempre las nuevas contra-taciones favorecen a estos candidatos, y a veces se prefiere a físicos sin educación y entrenamiento específicos en física médica (que seguramente aceptan un salario inferior al establecido para quien tiene posgrado).

Descripción

• Creación, en universidades e institutos nacionales, de grupos de investigación en física médica dedicados al avance del conoci-miento y la formación de recursos humanos del más alto nivel, en las aplicaciones de la física para la prevención, diagnóstico y trata-miento de las enfermedades del ser humano.

• La incorporación a los servicios de salud mexicanos de profesio-nales en física médica, apropiadamente especializados a través de educación y entrenamiento, para que formen parte del equipo hu-mano multidisciplinario que requiere la medicina moderna.


Impacto potencial

Se fortalecerá la investigación en temas de frontera en física mé-dica que tienen siempre un componente de aplicación clínica. Se fortalecerá la vinculación entre la academia y los servicios de salud. La calidad del servicio de salud que reciba el paciente mexicano aumentará debido a la garantía de calidad y seguridad que ofrece la presencia en el servicio de un físico médico clínico entrenado apro-piadamente.


UNAM, UAEM, BUAP, IPN, UAM, INAOE, UAZ, UG, Institutos Nacionales de Neu-rología, Cancerología, Cardiología, Nutrición, y en general todas las instituciones con investigadores que realicen investigación en física médica y centros de salud en que se requiera la presencia de un fí-sico médico.


Se requieren apoyos para crear (o fortalecer) seis grupos de investi-gación formados –al menos– por tres investigadores y un laborato-rio de investigación. Costo estimado:

• Inversión inicial en un laboratorio: Cinco millones de pesos.• Mantenimiento de un laboratorio: 500 mil pesos anuales.• Salarios para tres investigadores: Dos millones de pesos anuales. • Total para seis grupos: Inversión inicial: 30 millones; mantenimien-

to y salarios: 15 millones de pesos anuales.

Se requiere contratar cinco físicos médicos graduados de las maes-trías cada año en posiciones de físico médico en servicios de salud. Costo estimado: 360 mil pesos por contrato cada año; total para cin-co contratos: Dos millones 160 mil pesos por año.


Programa Nacional de Investigación de la Materia Condensada Blanda

Propósito

Establecer una alianza interinstitucional de investigación en el cam-po de la materia condensada blanda con el objetivo de generar nue-vo conocimiento, procurar y desarrollar el uso más eficiente de la infraestructura experimental, computacional y humana existente y promover una relación productiva con la industria.

Antecedentes

Existen grupos de investigación en este campo adscritos a institu-ciones públicas interesadas en consolidarse y dispuestos a compar-tir programas orientados a la búsqueda de soluciones y el desarrollo de innovaciones de interés para el sector productivo en una gran variedad de industrias. La mayor parte de estos grupos han veni-do participando en la Red Temática de Materia Condensada Blanda respaldada por el Conacyt.

Descripción

Se partiría del levantamiento de un inventario preliminar de proyec-tos en marcha en las instituciones que participan en la Red, así como de su capacidad instalada en términos de investigadores, especialis-tas, equipo e instalaciones, el cual permitiría identificar tanto huecos como áreas de oportunidad para la integración de un programa con - junto de investigación cooperativa en la materia.

Esto conduciría en forma natural a promover un uso más eficiente de la infraestructura experimental, computacional y humana dispo-nible, impulsar el desarrollo de programas educativos en este cam-po y fortalecer una relación productiva con la industria.

Se procedería entonces a formular los términos tentativos de un programa interinstitucional de investigación básica y desarrollo de aplicaciones a ser concertado con empresas y organizaciones del sector productivo interesadas en aprovechar sus resultados y dis-puestas a comprometer recursos para apropiárselos.

Se integraría una agenda de proyectos cuya realización se distri-buiría entre las instituciones participantes en función de sus capaci-dades y, en su caso, de los planes de inversión que se requieran para complementarlas, las que se derivarían de un programa regulador previamente acordado entre las partes para el cual se solicitarían fondos del Conacyt u otras agencias.

Impacto potencial

La concurrencia de capacidades de diversas instituciones hacia apli-caciones específicas potenciaría la contribución del conocimiento a la creación de riqueza a través de un mejor aprovechamiento del ciclo: Ciencia básica Ö ingeniería Ö desarrollo tecnológico Ö consu-midor Ö ciencia básica, como ya se ha demostrado en los países más avanzados.



UNAM, Cinvestav, UAM, Cimav, UASLP, UG, BUAP, Unison, Uach, UV, UAZ, prin-cipales constituyentes de la Red Temática de Materia Condensada Blanda.


Se requerirían de dos a tres millones de pesos para las acciones descritas; las necesidades de recursos para la realización de los pro-yectos resultantes deberían quedar definidas en los documentos finales.

La primera etapa y el diseño de la agenda preliminar de investi-gación tomaría de seis a 12 meses. El desarrollo de los proyectos de investigación en su primera etapa requeriría de dos a tres años.

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CRÉDITOS DEL PROGRAMA HACIA DÓNDE VA LA CIENCIA EN MÉXICO

Comité organizador: Jorge Flores Valdés, Enrique Cabrero Mendoza, José Anto-nio de la Peña, José Franco, Salvador Malo, Luis Mier y Terán, Sergio Revah, Julio Sotelo, Francisco Valdés Ugalde y José Enrique Villa Rivera.

Comité técnico: Jaime G. de la Garza Salazar, Rigoberto Aranda Reyes, Ana del Río Guzmán, José Antonio Esteva Maraboto, Karla Rivas Salas, Víctor Muñoz Mo-rales, Edmundo Álvarez Flores, Martha Beltrán y Tenorio.

Responsables de mesa: Julián Adolfo Adame, Martín Aluja, Carlos Arias, Raúl Arias Lovillo, Marcelino Barboza Flores, Francisco Barnés de Castro, Teresa Bracho, Carlos Campillo Serrano, Julia Carabias, Alberto Carramiñana, Rolando Cordera, Sabino Chávez Cerda, José Antonio de la Peña, Elder de la Rosa, Rodolfo de la Rosa Rábago, Mayra de la Torre, Raúl Delgado Wise, Agustín Escobar, Elva Esco-bar, Adrián Fernández-Bremauntz, Héctor Felipe Fix-Fierro, Daniel Flores Curiel, Ernesto Flores-Roux, Noé Arón Fuentes, Amanda Gálvez, Virginia García Acosta, Juan Eduardo García García, Carlos Gay, Samuel Gómez Noguera, Jesús González Hernández, Federico Graef, Luis Felipe Guerrero Agripino, Tonatiuh Guillén, Luis Miguel Gutiérrez, Adolfo Guzmán Arenas, Alejandro Hernández, Pedro Hugo Her-nández, Inocencio Higuera, Eusebio Juaristi, William Lee, Soledad Loaeza, Sergio López Ayllón, Marcelo Lozada y Cassou, José Luis Lucio, Guido Marinone, Ana Ma-ría Martínez, Alicia Mayer, Marisa Mazari, María Elena Medina-Mora, Francisco Ja-vier Mendieta, María Isabel Monroy, Dante Morán Zenteno, Pablo Mulás del Pozo, Guillermina Natera, Francisco P. Navarro Reynoso, Juan Nepote, Adalberto Noyola Robles, Lorenzo Olguín Ruiz, Sylvia Ortega, Jorge Padilla, Francisco Palomera, Ma. de Lourdes Patiño Barba, Elaine Reynoso Haynes, David Ríos, Mariano J.J. Rivera Meraz, Rafael Rivera, Oliverio Santiago Rodríguez Fernández, Enrique Ruelas Ba-rajas, Rosaura Ruíz, Beatriz Rumbos, Mario César Salinas, Antonio Sánchez Bernal,


Víctor Sánchez-Cordero, Jorge Santamaría Fernández, Sylvia Schmelkes, Arturo Serrano Santoyo, Xavier Soberón, Julia Tagüeña, Ricardo Tapia Ibargüengoytia, Fernando Toro, Manuel Torres Labansat, Jaime Urrutia, Francisco Valdés Ugalde, Javier Velázquez Moctezuma y Guillermo Villalobos Zapata.

Ponentes: Adrián Acosta Silva, Julián Adolfo Adame Miranda, Carlos Aguilar, Luis Aguilar, Alfredo Aguilar Elguezabal, Ana María Aguilar Argaez, Raúl Aguilar-Roble-ro, Enrique Aguilar Rodríguez, José Antonio Alcántara, Víctor Alcaraz, Ismeli Al-fonso, Sergio Almazán Esqueda, Ángel Alpuche Solís, Celia Alpuche-Aranda, Saúl Álvarez Borrego, Jesús Álvarez Calderón, Porfirio Álvarez, Jorge Ancheyta, Celes-tino Antonioli, Rigoberto Aranda, José Luis Arauz Lara, David Arellano Gault, Itziar Arextaga, Carlos Arias, Raúl Arias Lovillo, Pedro Arroyo Acevedo, René Asomoza Palacio, Alfredo Ávila Rueda, Juan Azorín Nieto, José Ramón Azpiri López, Joaquín Azpiroz, Marcelino Barboza, Francisco Barnés de Castro, Francisco Barnés Reguei-ro, Hugo Barrera, Rebeca Barriga Villanueva, Roger Bartra, Tim Baumgartner, Enri-que Bazúa-Rueda, Valeria Belloro, Ricardo Benavides Pérez, Shoshana Berenzon, Carlos Beyer, Monserrat Bizarro, Martín Bonfil, Marco Borja, Carlos Bosch, Pedro Bosch, Felipe Bracho, Teresa Bracho, Héctor Bravo-Alfaro, Vicente Bringas, Estrella Burgos, Gerardo Cabañas Moreno, Enrique Cáceres Nieto, Aleida Calleja, Sergio Camacho Lara, Carlos Campillo, Alejandro Canales, Fernando Cano Valle, Blondy Canto, Julia Carabias, Rosario Cárdenas, Sergio Cárdenas, Anabela Carlón, Alberto Carramiñana, Alma Carrasco, Sergio Carrera Riva Palacio, Laura Carrillo, María Am-paro Casar, Margarita Casas, Rosalba Casas, Gonzalo Castañeda Ramos, Eduardo Castañón, Víctor M. Castaño Meneses, Manuel Ángel Castillo, Francisco Castrejón, Gerardo Ceballos, Jorge Cerdio, Carlos Coello Coello, Rafael Colás Ortiz, César An-drés Conchello Brito, Óscar Fernando Contreras Montellano, Atilano Contreras Ramos, Rolando Cordera, Ricardo Córdova Quiroz, Fernando Cortés, Cristina Cor-tinas de Nava, José Ramón Cossío, Helena Cotler, Carlos Chávez, Sabino Chávez, Xavier Chiappa Carrara, Lars Christenson, Leonardo Dagdug Lima, Patricia Dávila Aranda, José de Anda, Romeo de Coss, María de Ibarrola, Camilo de la Fuente, Juan Ramón de la Fuente, Jaime G. de la Garza Salazar, Guillermo de la Peña, José Antonio de la Peña, Ramón de la Peña, Sergio de Régules, Rodolfo de la Rosa, El-der de la Rosa, Mayra de la Torre, Rafael del Villar, Guillermo Delgado Lamas, Raúl Delgado Wise, Ángel Díaz Barriga, Frida Díaz Barriga, Lorenzo Díaz Cruz, Néstor Díaz, Rufino Díaz, Alberto Díaz-Cayeros, Eloisa Díaz-Francés, Graciano Dieck Assad, Paulette Dieterlen, Manuel Dorador González, César Augusto Domínguez,

215CRÉDITOS DEL PROGRAMA

Anahí Dresser, Saurabh Dube, Jorge Durand, José Ramón Eguibar, Alexander Elbittar, Armando Encinas Oropeza, Agustín Escobar, Elva Escobar, Federico Esco-bar Sarria, Vladimir Escobar, Roberto Escudero, Luis Estrada, Andrés Fábregas Puig, Jesús Favela Vara, Héctor Felipe Fix-Fierro, Adrián Fernández-Bremauntz, Rafael Fernández de la Garza, Luca Ferrari, Daniel Flores Curiel, Julia Flores Dávila, Jorge Flores Valdés, Ernesto Flores-Roux, José Franco López, Noé Arón Fuentes, Isaura Fuentes, Luis Fuentes, Sergio Fuentes Moyado, Sergio Galina, Amanda Gál-vez, Carlos García, Juan Eduardo García García, Mariano García Garibay, Jesús Gar-cía, Fabián García Nocetti, Carmen García Peña, Martín García Varela, Virginia Gar-cía Acosta, Ricardo María Garibay, Mario Garza, José Antonio Garzón Tiznado, Carlos Gay, Carlos Gershenson, Samuel Gitler, Luis Arturo Godínez, Gabriel Gójon, Samuel Gómez Noguera, José S. Guichard Romero, Tomás González Estrada, Je-sús González González, Luis Fernando González Pérez, Jesús Felipe González Rol-dán, Carlos González Salas, José Miguel González Santaló, Jorge González-Sán-chez, José Luis Gordillo Moscoso, José Gordon, Andrés Govela Gutiérrez, Federico Graef Ziehl, Manuel Grajales Nishimura, Víctor Guerra, Luis Felipe Guerrero Agripi-no, Gilberto Guevara Niebla, Diana Guillén, Tonatiuh Guillén, Constantino Gutié-rrez Palacios, Luis Miguel Gutiérrez, Adolfo Guzmán Arenas, Roberto Guzmán Zamudio, Anne Hansen, Alejandro Hernández, Carlos Hernández García, Juan Hernández, Onésimo Hernández, Pedro Hugo Hernández, Fausto Hernández Tri-llo, Sergio Hernández Vázquez, Luis Herrera Estrella, Ismael Herrera Revilla, Ino-cencio Higuera, David Hiriart, Jorge Huacuz Villamar, Guadalupe Huelsz, Miguel Ángel Huerta Díaz, David H. Hughes, Roberto Iglesias Prieto, Eduardo Iglesias Ro-dríguez, Salma Jalife Villalón, Manuel Jiménez Dorantes, Luis Felipe Jiménez Gar-cía, Héctor Juárez Valencia, Eusebio Juaristi, David Kershenobich, Patricia Koleff, Alberto Ken Oyama-Nakagawa, Mina Konigsberg, Esteban Krotz, Federico Kuhl-mann, Alfonso Larqué, María Isabel Lázaro Báez, William Lee, Christian Lemaitre, Edgar Leonel Chávez, Gustavo Leyva, José Luis Lezama, Pablo Liedo Fernández, Alberto Lifshitz, Soledad Loaeza, Laurent Loinard, Sergio López Ayllón, José López Bucio, Lizbeth López Carrillo, Malaquías López-Cervantes, Hugo López-Ga-tell, Jorge López Portillo, Alejandro López Valdivieso, Yolanda López-Vidal, Rafael Loyola, Marcelo Lozada y Cassou, Fernando Lozano, Jesús Eduardo Lozano Ochoa, Rafael Lozano, José Luis Lucio, Francisco A. Llano, Salvador Lluch-Cota, Manuel Maass, Susana Magallón, Daniel Malacara, Salvador Malo, Guido Marinone, Ismael Mariño Tapia, Javier Márquez Diez-Canedo, César Martinelli Montoya, Ana María Martínez, Jorge Martínez, Martha Martínez Gordillo, Alfredo Martínez Jiménez,


Manuel Martínez Lavín, Adolfo Martínez Palomo, Omar Masera, José Luis Mateos Trigos, Alicia Mayer, Marisa Mazari, Magdaleno Medina Noyola, María Elena Medi-na-Mora, Enrique Mejía, Jorge Meléndez, Francisco Mendieta, Blanca Mendoza, Eduardo Mendoza, Fernando Mendoza, Víctor Manuel Mendoza, Carlos Merchán Escalante, Horacio Merchant Larios, Robert Meyers, Tomás Miklos, Francisco Mi-randa, Pedro Moctezuma Barragán, María Isabel Monroy, Alejandro Monsiváis, Luis Montaño Hirose, Ulises Mora Álvarez, Dante Morán Zenteno, Alfonso Mora-les, José Luis Morales, Miguel Ángel Moreles, Luis Moreno, Oscar Moreno-Valen-zuela, Enrique Morett, Juan José Morrone Lupi, Mónica Moya, Pablo Mulás del Pozo, Stephen Mull, David Muñoz, Norma Patricia Muñoz Sevilla, Juan Carlos Mu-rrieta, Guillermina Natera, Arnulfo Hernán Nava Zavala, Hugo Navarro, Francisco Navarro Reynoso, Dámaso Navarro Rodríguez, Ana Claudia Nepote, Juan Nepote, Humberto Nicolini, Rolando Nieva Gómez, Cecilia Noguéz, Adalberto Noyola Ro-bles, Juan Núñez Farfán, Octavio Obregón, Patricia Ocampo, Lorenzo Olguín, Ma-rina del Pilar Olmeda, Roger Orellana, Luis Orozco, Fausto Ortega, Fernando Orte-ga Gutiérrez, Sylvia Ortega, Benjamín Ortíz-Espejel, Patricia Ostrosky, Jorge Padilla González, Enrique Pacheco Cabrera, César Pacheco Tena, Federico Páez-Osuna, Carlos Pallán Figueroa, Francisco Palomera, Víctor Hugo Páramo, María del Car-men Pardo, Raúl Paredes Guerrero, Vicente Parra Vega, Susan Parker, Ma. de Lour-des Patiño, Manuel Peimbert, Eduardo Peña, Daisy Pérez Brito, Ramiro Pérez Cam-pos, Alicia Pérez Duarte, Edward Peters, Alonso Picazo, Daniel Piñero Dalmao, Francisco Piñón Gaytán, Alejandro Pisanty, Gregorio Posada Vanegas, Enrique Provencio, Jean François Prud'homme, Martín Puchet, Mario Ramírez Cobián, Tonatiuh Ramírez Octavio, Jorge Ramírez-Solís, Francisco Ramos Gaudencio, Gerardo Ramos Larios, Gaudencio Ramos Niembro, Jesús Gabriel Rangel-Pera-za, Elías Razo Flores, Justino Regalado, Teresita de Jesús Rendón, Daniel Resén-diz, Hortensia Reyes, Jorge Alejandro Reyes, Enrique Reynaud, Elaine Reynoso, Emilio Ribes, Horacio Riojas, Leonardo Ríos Guerrero, Ernesto Ríos Patrón, David Ríos Jara, Rafael Rivera, Sandra Rodil Posada, Alejandro Rodríguez Ángeles, Fer-nando Rodríguez de la Garza, Pedro F. Rodríguez Espinosa, Oliverio Santiago Ro-dríguez Fernández, Roberto Rodríguez Gómez, Luis Felipe Rodríguez Jorge, Ariel Rodríguez Kuri, Roberto Rodríguez, Yosu Rodríguez, Leopoldo Rodríguez-Sán-chez, José Roldán Xopa, Julio Cesar Rolón, David Romero, Fermín Romero, Miguel Romero, Andrew Roth Seneff, Raúl Rueda, Enrique Ruelas, Lena Ruiz, Rosaura Ruíz, Beatriz Rumbos, Emilio Sacristán Rock, Gerardo Salazar Chávez, Mario César Salinas, Armando Salinas Rodríguez, Antonio Sánchez, Federico Sánchez, Víctor

217CRÉDITOS DEL PROGRAMA

Sánchez-Cordero, Oscar Sánchez Escandón, Aarón Sánchez Juárez, José Luis Sán-chez Llamazares, Javier Sánchez Mondragón, Carmen Sánchez Mora, Francisco Sánchez-Sesma, Juan José Sánchez Sosa, Jorge Santamaría, Víctor Santibáñez Dávila, Saúl Santillán, Carlos Santos-Burgoa, Edgar Santoyo Gutiérrez, José Sa-rukhán, Jaime Sempere Campello, John Scott, Silvia Schmelkes, Rita Schwente-sius, José María Serna de la Garza, Arturo Serrano, Larry Smarr, Xavier Soberón, Isidro Soloaga, Fabiola Sosa, Plinio Sosa, Julio Sotelo, Luis A. Soto González, Hora-cio Soto, Daniela Spenser, Christopher Stephens, José Emilio Suárez, Enrique Sucar, Vinicio Suro, Julia Tagüeña, Ricardo Tapia Ibargüengoytia, José Antonio To-ledo, Fernando Toro, Miguel Torres, Manuel Torres Labansat, Luis Gerardo Trápa-ga Martínez, Fernando Tudela, Rodolfo Tuirán, Rosa Elena Ulloa, Jaime Urrutia, Francisco Valdés Ugalde, Luis Valtierra González, Oscar Valle Molina, Luis A. Var-gas Guadarrama, Rafael Vázquez-Duhalt, Gerardo Vázquez Nin, Roberto Vázquez Meza, Antonio Vega Corona, Ambrosio Velasco, Jorge Velasco Hernández, Enri-que F. Velázquez Contreras, Javier Velázquez Moctezuma, Salvador Venegas-An-draca, Basilio Verduzco, Jean-Philippe Vielle-Calzada, Luis Villa Vargas, Juan Villal-vazo Naranjo, Jesús Villar Rubio, Luis Manuel Villaseñor, Guillermo Villalobos Zapata, Sergio Viñals, Ricardo Viramontes Brown, Cisco Werner, Trevor Williams, Veronika Wirtz, Rebeca Wong, Luis Zambrano, Guillermo Zárate de Lara, Gisela Zaremberg, Jorge Zavala Hidalgo, Luis Zavala Sansón, Juan Fidel Zorrilla y Marga-rita Zorrilla.

219

INSTITUCIONES DE ADSCRIPCIÓN DE LOS PARTICIPANTES

Academia de Ingeniería de México, A.C.

Academia Mexicana de Ciencias, A.C.

Academia Nacional de Medicina

Agencia Espacial Mexicana

Asociación Mexicana de Derecho a la Información, A.C.

Banco de México

Benemérita Universidad Autónoma de Puebla

Cámara Minera de México

Cámara Nacional de la Industria Electrónica de Telecomunicaciones y Tecnologías de la Información

Centro de Cambio Global y la Sustentabilidad en el Sureste

Centro de Cooperación Regional para la Educación de Adultos en América Latina y El Caribe

Centro de Educación Aeroespacial de México en Jalisco

Centro de Estudios Universitarios

Centro de Ingeniería y Desarrollo Industrial

Centro de Investigación Científica de Yucatán, A.C.

Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California

Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo, A.C.

Centro de Investigación en Geografía y Geomática Ing. Jorge L. Tamayo, A.C.

Centro de Investigación en Matemáticas, A.C.

Centro de Investigación en Materiales Avanzados, S.C.

Centro de Investigación en Química Aplicada


Centro de Investigación en Sistemas de Salud

Centro de Investigación y Asistencia en Tecnología y Diseño del Estado de Jalisco

Centro de Investigación y de Estudios Avanzados

Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico de Peñoles

Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica

Centro de Investigación y Docencia Económicas, A.C.

Centro de Investigaciones Biológicas del Noroeste S.C.

Centro de Investigaciones en Óptica

Centro de Investigaciones y Estudios Superiores en Antropología Social

Centro Interdisciplinario de Ciencias Marinas

Centro Médico ABC

Centro Regional de Enseñanza de Ciencia y Tecnología del Espacio para América Latina y el Caribe

Colegio de Ingenieros Mecánicos y Electricistas, A.C.

Comisión Federal de Electricidad

Comisión Nacional contra las Adicciones

Comisión Nacional del Agua

Comisión Nacional para el Conocimiento y Uso de la Biodiversidad

Comisión Reguladora de Energía

Consejo Consultivo de Ciencias

Consejo Mexicano de Investigación Educativa, A.C.

Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología

Consejo Puebla de Lectura, A.C.

Consejo Superior de Investigaciones Científicas de España

Coordinación General Institutos Nacionales de Salud

Corporación Universitaria para el Desarrollo de Internet, A.C.

El Colegio de la Frontera Norte

El Colegio de la Frontera Sur

El Colegio de México, A.C.

El Colegio de Michoacán, A.C.

221INSTITUCIONES DE ADSCRIPCIÓN DE LOS PARTICIPANTES

El Colegio de San Luis, A.C.

El Colegio Nacional

El Fondo de Información y Documentación para la Industria

El Instituto de Ecología, A.C.

Facultad Latinoamericana de Ciencias Sociales

Foro Consultivo Científico y Tecnológico, A.C.

Grupo Financiero Banorte

Grupo México

Guadalupe de Guaymas, S.P.R. de R.L.

Hacia una Cultura Democrática, A.C.

Hospital General de México

Hospital Psiquiátrico Infantil Juan N. Navarro

Industrias Bre, S. de R.L. de C.V.

Instituto de Investigaciones Dr. José María Luis Mora

Instituto de Investigaciones Eléctricas

Instituto Estatal Electoral de Baja California

Instituto Mexicano de Tecnología del Agua

Instituto Mexicano del Petróleo

Instituto Nacional de Antropología e Historia

Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica

Instituto Nacional de Cancerología

Instituto Nacional de Ciencias Médicas y Nutrición Salvador Zubirán

Instituto Nacional de Ecología y Cambio Climático

Instituto Nacional de Geriatría

Instituto Nacional de Medicina Genómica

Instituto Nacional de Neurología y Neurocirugía

Instituto Nacional de Psiquiatría Ramón de la Fuente

Instituto Nacional de Salud Pública

Instituto Politécnico Nacional

Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica, A.C.


Instituto Tecnológico Autónomo de México

Instituto Tecnológico de Culiacán

Instituto Tecnológico de la Laguna

Instituto Tecnológico de Sonora

Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey

International Association of Universities

Internet Society

Nuevas Alternativas Naturales Thermafat S.A. de C.V.

Organización Panamericana de la Salud

Petróleos Mexicanos

Secretaría de Comunicaciones y Transportes

Secretaría de Educación Pública

Secretaría de Energía

Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales

Secretaría de Relaciones Exteriores

Secretaría de Salud

Secretaría del Medio Ambiente del Gobierno del Distrito Federal

Sociedad de Beneficencia Española

Sociedad Mexicana para la Divulgación de la Ciencia y la Técnica, A.C.

Sociedad Química de México

Southwest Fisheries Science Center

Stanford University

Sulfagenix, Inc.

Suprema Corte de Justicia de la Nación

The University of Arizona

The University of California, San Diego

The University of Texas, Medical Branch at Galveston

Universidad Autónoma de Aguascalientes

Universidad Autónoma de Baja California

Universidad Autónoma de Campeche

223INSTITUCIONES DE ADSCRIPCIÓN DE LOS PARTICIPANTES

Universidad Autónoma de Chiapas

Universidad Autónoma de Chihuahua

Universidad Autónoma de Guadalajara

Universidad Autónoma de la Ciudad de México

Universidad Autónoma de Nuevo León

Universidad Autónoma de Querétaro

Universidad Autónoma de San Luis Potosí

Universidad Autónoma de Sinaloa

Universidad Autónoma de Tabasco

Universidad Autónoma de Tlaxcala

Universidad Autónoma de Yucatán

Universidad Autónoma de Zacatecas

Universidad Autónoma del Carmen

Universidad Autónoma del Estado de México

Universidad Autónoma Metropolitana

Universidad de Guadalajara

Universidad de Guanajuato

Universidad de Sonora

Universidad Iberoamericana

Universidad Intercultural del Estado de Chiapas

Universidad La Salle

Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo

Universidad Nacional Autónoma de México

Universidad Pedagógica Nacional

Universidad Veracruzana

University of Colorado

University of Maryland

Retos y Perspectivas de la Física fue impreso con el apoyo de Conacyt, en diciembre de 2017 en los talleres

de Polymasters de México, calle Dos núm. 123-C, colonia Granjas San Antonio

Iztapalapa, Ciudad de México. El tiraje consta de 500 ejemplares.

En su composición se utilizaron tipos de las familias Myriad y Warnock y se utilizó papel couché de 135 grs.

Maquetación: Margarita Citlalli Ledesma Campillo.

presente futuro-retos 10.04.18 final · menos una mesa redonda sobre un tema especí ﬁco, en la...

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