BALSEIRO Educación

Fecha: Martes, 13 Noviembre, 2018 - 00:00

Cualquier parecido con la realidad, es pura simulación

Los científicos son como detectives que buscan resolver problemas. Con el objetivo de desentrañar los misterios de la realidad, usan herramientas de la computación. En esta nota, investigadores del Instituto Balseiro y el Centro Atómico Bariloche cuentan cómo y para qué utilizan simulaciones computacionales en su trabajo cotidiano.

El trabajo de un científico es similar al de un detective: siempre están detrás de algún enigma. Para mirar la realidad, utilizan simulaciones computacionales. Estas “lupas virtuales” sirven para predecir resultados, descubrir causas o entender el funcionamiento de un sistema. Así, es posible simular una cirugía antes de hacerla; probar un artefacto sin tener que construirlo; conocer por qué se extinguió una especie; y la lista es infinita.
El origen y desarrollo de las simulaciones computacionales se produjo a la par que el de las computadoras. Su primer despliegue a gran escala fue en investigaciones en torno a la fisión nuclear y en la actualidad se utiliza en diversos campos e iniciativas, como por ejemplo en el proyecto suizo Blue Brain, iniciado en 2005, que busca simular el cerebro humano a nivel molecular.
En esta nota, investigadores del Centro Atómico Bariloche (CAB) y docentes del Instituto Balseiro (IB), perteneciente a la Comisión Nacional de Energía Atómica y la Universidad Nacional de Cuyo, cuentan cómo utilizan estas valiosas herramientas en su trabajo cotidiano, con el objetivo de correr cada vez un poquito más las fronteras del conocimiento, para estudiar fluidos, poblaciones y enfermedades y hasta partículas subatómicas súperconductoras.

Buceando en el origen del petróleo
Para recibirse de ingeniero nuclear, Mariano Cantero hizo su trabajo en mecánica de fluidos. Esta área le permitía combinar dos cosas que le gustaban: resolver problemas de la vida cotidiana y usar una computadora. Se recibió en el IB y se fue a Estados Unidos, donde hizo varios posgrados. En 2009, una petrolera le hizo una oferta laboral. A la vez, surgió la chance de volver al país por un programa del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET). Eligió volver.
“La mecánica de fluidos estudia el movimiento de gases y líquidos, y sus aplicaciones. Una de ellas es la transferencia de energía. En las centrales térmicas se calienta agua, se transforma en vapor y éste hace funcionar una turbina para generar electricidad. También hay aplicaciones ambientales, como el estudio de tormentas y de contaminantes en la atmósfera”, explica Cantero, investigador del CONICET en el Departamento de Mecánica Computacional (MECOM) del CAB y vicedirector por el Área de Ingeniería del IB.
Uno de los temas que más trabajó es el transporte de sedimentos en el océano. Los sedimentos como la arena y el material orgánico se acumulan en el fondo del océano y, luego de millones de años, se transforman en rocas que contienen petróleo. “La mayor o menor porosidad de la roca influye en la dificultad para extraer el petróleo. Por eso, las empresas petroleras tienen interés en entender estos fenómenos”, señala el ingeniero.
Para estudiar esos procesos, Cantero utiliza simulaciones. Su trabajo es teórico, pero está en estrecha relación con las observaciones empíricas realizadas por los geólogos. Entre todos definen el problema a resolver. Luego, él y su equipo ponen manos a los números. “Los geólogos hacen mediciones en el terreno y los modelos que elaboramos nosotros les permiten realizar predicciones con mayor certeza”, explica Cantero.
Otra área en la que trabaja es la simulación de sistemas de seguridad del reactor RA-10, que desarrolla la CNEA. El objetivo es predecir cómo van a funcionar sus componentes. “Esa es otra ventaja de la mecánica computacional: reduce los costos. En vez de construir veinte prototipos, vas haciendo simulaciones”, indica. El RA-10 se utilizará para investigación y producción de radioisótopos, que sirven para tratamientos oncológicos, entre otros usos.

De superconductores a súper-dispersores de piojos
Tener herramientas para contestar preguntas que surgen de lo cotidiano: eso fue lo que motivó a Fabiana Laguna a convertirse en física. Se recibió en la Universidad Nacional de Salta y se doctoró en el IB. Primero, se metió en el mundo de la superconductividad (es decir, la capacidad de ciertos materiales para conducir corriente eléctrica sin resistencia). Luego, se volcó hacia el modelado de sistemas sociales y económicos.
Pero, ¿en qué consiste simular la realidad? Laguna, que integra el Grupo de Física Estadística e Interdisciplinaria del CAB, lo explica así: “hacemos modelos dinámicos para entender los mecanismos por los cuales suceden las cosas. Se puede pensar como una ecuación donde cada término representa un aspecto del problema. Así, vamos variando el peso de esos parámetros hasta dar con el modelo que más se ajusta a la realidad”.
Actualmente, la especialista trabaja junto a su compañera Karina Laneri en un modelo para estudiar la enfermedad del dengue, causada por un virus y transmitida por el mosquito Aedes aegipty. Además, junto a otros investigadores, analiza escenarios de coexistencia y extinción de especies en el pasado y el presente; y está por publicar un trabajo sobre las maneras en que la sociedad adopta las nuevas tecnologías. Para todo, utiliza simulaciones. “Cambian los temas pero la manera de pensar el problema es la misma”, destaca.
Desde hace unos años, Laguna estudia también cómo se produce el contagio de piojos. “Trabajamos con colegas de Buenos Aires que se dedican a la parte experimental. Ellos van a las escuelas a tomar muestras y nosotros les sugerimos un protocolo de extracción de piojos que sirva para alimentar nuestros modelos. Trabajar de manera interdisciplinaria es muy lindo y desafiante porque requiere que uno confíe en la pericia del otro para construir un lenguaje en común”, opina la investigadora.
A partir de las simulaciones, los investigadores pudieron entender un aspecto complejo de medir experimentalmente: el contagio en el aula. “Encontramos un mecanismo claro: hay chicos que funcionan como si fueran focos de dispersión ya que, por alguna circunstancia, se contagiaron varios piojos a la vez. Esas poblaciones crecen rápidamente y se vuelven las principales fuentes de contagio. Los llamamos ‘súper dispersores’”, cuenta Laguna.

Superar los límites de lo posible
Karen Hallberg nació en Rosario y se crio en Jujuy. Cuando era chica, más que jugar con las muñecas, las desarmaba. A los 16 fue reina de la Fiesta Nacional de los Estudiantes pero lo suyo siempre fueron las ciencias. Hoy es doctora en Física, investigadora del CONICET y directora del Departamento de Materia Condensada del CAB. En 1986, cuando estaba terminando la carrera en el IB, hubo un hito que marcó un quiebre en la disciplina: se descubrieron los materiales superconductores de alta temperatura.
La superconductividad es un estado de la materia en el que la corriente eléctrica es conducida gracias a la cooperación de todos los electrones: como si fueran diminutos obreros que unen sus fuerzas para conducir la electricidad. Si bien se conocía este fenómeno desde 1911, la particularidad de estos nuevos materiales es que sucedía a temperaturas muy bajas, cerca de lo que se conoce como cero absoluto. Esto equivale a -273.15 grados centígrados (0° Kelvin) y es la temperatura más baja posible.
“Vivir como estudiante un descubrimiento de este tipo fue impresionante. Había mucha euforia. Todos los días se producía un resultado nuevo”, recuerda Hallberg. La característica de estos superconductores es que como todos los electrones interactúan entre sí, el conocimiento sobre cada uno en forma individual no alcanza para explicar cómo va a ser el comportamiento del conjunto. Ahí es donde entran en escena las simulaciones numéricas: son totalmente necesarias para estudiar teóricamente estos materiales.
Actualmente, Hallberg continúa trabajando para entender los misterios que encierran estos universos microscópicos. Siempre con un ojo en la teoría y otro en la realidad. “Los físicos teóricos solemos decir en chiste ‘el experimento no se ajusta a mi teoría’ pero, por supuesto, siempre es la realidad la que manda”, afirma. Junto a su grupo de Teoría de la Materia Condensada, estudian las propiedades de diversos materiales para tratar de discernir, entre otras cosas, por qué algunos se vuelven superconductores y otros no.
“Mucha gente dice que la cadena de producción científica empieza con la investigación básica, pasa por la aplicada y termina en un desarrollo tecnológico. Yo creo que la cadena empieza mucho antes: con niños y adolescentes que sepan usar el pensamiento crítico para cuestionar todo. Al cerebro hay que ejercitarlo de la misma manera que se ejercita un músculo y es parte de nuestra responsabilidad como científicos incentivar eso”, concluye.

Informe especial para el Instituto Balseiro por Nadia Luna

Autor: Fuente: Prensa Instituto Balseiro