Porto no oculta su alegría por la distinción. Pero son años de pandemia y no podemos conversar porque sus hijos están en clase ante la computadora. Luego de intercambiar mensajes en los que, además de revelar detalles atrapantes de su vida –como muestra: es bisnieto del cineasta Pier Paolo Pasolini, vivió en una pensión–, mostró su pasión por la escritura, cruzamos estas preguntas y respuestas por correo electrónico. Qué pasó con las fluctuaciones cuánticas tras el Big Bang es sin dudas cautivante. También lo será el libro que escriba Porto el día que se decida.

¿Qué se siente al obtener un premio por un artículo que, como señalan, propone una forma novedosa de determinar el origen cuántico del universo?

Nos puso contentos el premio, obviamente, pero la idea es simple –y a la vez de largo alcance– y estaba en el aire desde hace tiempo. De hecho, hemos venido pensando en estas cosas desde que ambos, Dan Green y yo, estábamos en el IAS como posdocs. Sobre todo cómo replantear preguntas en cosmología con el lenguaje de la física de altas energías.

Ahí es donde entra tu experiencia en física de partículas.

En la física de partículas es común tener argumentos basados en propiedades básicas de las teorías que describen el universo, así como de sus simetrías. Por ejemplo, hoy día entendemos mucho mejor el tipo de interacciones que son permitidas entre las partículas, como los bosones (fotón, gluon, etcétera) y fermiones (electrón, quark, etcétera), y el tipo de estructura matemática que describe las colisiones como las que ocurren en aceleradores como el Gran Colisionador de Hadrones [LHC]. Desde un tiempo a esta parte, estas ideas y estructuras de cómo pensar en “colisiones” fue tomando más peso en la forma de entender el universo en sus primeros instantes. Si bien no son las mismas “partículas”, la estructura matemática es muy similar. La diferencia, que al final tiene mucha influencia en el resultado, es que una vez que el universo se expande y se infla exponencialmente, estas partículas –que pueden ser creadas del vacío por procesos cuánticos o por procesos físicos puramente clásicos– pueden tener un efecto en regiones muy apartadas del universo, y ser la “semilla” para las fluctuaciones de cantidad de materia que luego genere la estructura que observamos en el universo. Es una de las ideas más hermosas de toda la ciencia, que une lo microscópico con lo macroscópico en una sola pincelada.

Lo que nosotros mostramos, basados en esas propiedades básicas de las teorías que describen las interacciones, es que si esas “partículas” fueran “reales”, es decir, si existió suficiente energía en el estado del universo para crearlas, y no “virtuales” como las que ocurren en el vacío cuántico, deberían manifestarse de una forma muy peculiar (como los bumps en los colisionadores) en las correlaciones entre los clusters de galaxias que observamos en el universo. Si esta manifestación de bumps no ocurriese cuando la busquemos en los data de sondeos cosmológicos, entonces no pudieron ser “reales”. Ya que en la física clásica es imposible crear correlaciones en el vacío, la opción de partículas virtuales es la única posible.

Lo que nosotros proponemos entonces no es mostrar que la correlación es la del vacío cuántico directamente. Eso es muy pero muy difícil. Lo que proponemos es mirarlo desde el otro lado: descartar todas las opciones que puedan dar una señal observable. Como diría Sherlock, una vez que lo imposible se ha descartado, lo que queda, aun improbable, debe ser la verdad.

El jurado también destaca que el trabajo “a su vez podría conducir a probar la naturaleza cuántica de la gravedad”. ¿Cómo es este 2x1?

Nuestra propuesta tiene que ver con las fluctuaciones que permitieron a las galaxias evolucionar desde una semilla primordial creada durante el universo joven inflacionario. Pero la misma idea que proponemos también se puede aplicar a la creación de ondas gravitacionales, tanto clásicamente como en el vacío cuántico. Esas ondas gravitacionales tienen influencia, por ejemplo, en la polarización de los fotones que recibimos del ruido cósmico de fondo [CMB]. Si pudiéramos establecer la existencia de ese vacío cuántico que produce la semilla para la creación de los clusters de galaxias, ese mismo vacío cuántico va a producir gravitones, las “partículas” cuantizadas del campo gravitacional que luego tengan un efecto en la evolución de la cantidad de materia en el universo, y por ende en el CMB. Eso sería una forma de confirmar su existencia, y por ende la naturaleza cuántica de la gravedad.

Estás estudiando los primeros instantes de formación del universo en la frontera del conocimiento. ¿Cuánto incidió tu formación en Facultad de Ciencias y con Rodolfo Gambini en el lugar al que llegaste hoy?

Te respondo con una anécdota. En 1996 entré a la Facultad de Ciencias, en ese momento en el convento de Tristán Narvaja. Descubrí la existencia de Fcien a través de mi madre, porque ella pasó estudiando Biología (para luego volver sobre sus primeros pasos al trabajo social, siguiendo luego con una maestría en Educación). También porque mi vieja trabajaba en el Iname [Instituto Nacional del Menor, hoy INAU] y ahí también había un estudiante de Ciencias (¡hoy es profesor!) que le pasó el Anuario de 1994. En las páginas finales de ese anuario hay un artículo de Rodolfo Gambini sobre la teoría de campos. Me dejó fascinado. ¡Yo quería entender eso! También la descripción de las materias del currículo, los centros de investigación, etcétera, me parecieron muy interesantes.

“Es una de las ideas más hermosas de toda la ciencia, que une lo microscópico con lo macroscópico en una sola pincelada”. Rafael Porto.

Yo venía del liceo Miranda y mi motivación por la física y la matemática –que viene desde que mi madre, cuando tenía diez años, me dio El hombre que calculaba y lo leí en el bondi yendo a la escuela desde Shangrilá– también recibió mucho apoyo por mis profesores de matemática de quinto y sexto, ambos relacionados de una forma u otra con la Facultad de Ingeniería. Tenía, por tanto, la idea de estudiar Ingeniería, pero las discusiones con mis profesores sobre, por ejemplo, cómo funciona el sol me motivaron también a seguir un camino más científico para entender la naturaleza. En esto influyó mucho también mi profesor de Literatura, Álvaro Pérez, con quien discutía sobre métodos de todo tipo, los griegos, etcétera. Tuve mucha suerte con el liceo.

En fin, por esas cosas de la vida terminé el primer año de Ciencias en el curso Física 1 con Jorge Griego. El primer día de clase dijo, en uno de esos salones improvisados en el jardín de la facultad: “Ustedes ahora son 100, van a terminar el curso unos 15 o 20, dan el examen diez y salvan tres”. Luego procedió a hablarnos sobre las simetrías del espacio tiempo y la mecánica cuántica. Yo no sabía ni lo que era una integral, me rompió la cabeza de una forma que no me ha pasado en mucho tiempo. En esa clase Jorge cubrió básicamente la licenciatura entera para gurises de 18 años que no tenían idea de quién era Newton, menos Emmy Noether. Ese curso es la razón por la cual decidí seguir en Física: “Yo voy a entender y estudiar esto”, me propuse. Fue una motivación muy grande para mí, que vivía en una pensión y repartía resúmenes de OCA en ese momento.

Luego, cuando tomé un curso de mecánica cuántica, conocí personalmente a Rodolfo. El curso en sí no era lo importante, seguía el libro al pie de la letra. Lo fascinante era hablar con él luego de la clase, ahí se iluminaba. Creo que lo fui a molestar todo el tiempo a su oficina. Rodolfo no solamente es un científico de primera, sino que tiene una formación y conocimiento impresionante, es de esos eruditos de los que no quedan casi ya en el país. Aprendí un montón con él, y de hecho trabajamos juntos desde ese curso de mecánica cuántica hasta que me fui a hacer el doctorado a Estados Unidos. Hice mi maestría con Rodolfo y no sólo discutimos de física, también de filosofía, de la interpretación de la mecánica cuántica y del problema de entender qué es el tiempo.

Rodolfo me mostró que uno puede ser un profesional de la ciencia. Y, si bien he tomado otros caminos en mi investigación, la idea misma de convertirme en físico de profesión viene de Rodolfo, su presencia no sólo local sino también internacional, y, de más está decir, del esfuerzo enorme que él ha hecho en formar –y crear– la física y la ciencia misma en Uruguay.

Este año no sólo sacaste el artículo premiado, sino otros cinco. ¿Fue efecto de la pandemia?

En 2018 conseguí un fondo de la Comunidad Europea, un ERC consolidator grant, de dos millones de euros para un proyecto sobre ondas gravitacionales. El proyecto “Desde el LHC a LISA” está basado en usar ideas de la física de partículas aplicadas al estudio de las ondas gravitacionales emitidas por sistemas binarios. LISA es el futuro experimental del campo, un experimento para detección de ondas gravitacionales en el espacio orbitando entre el Sol y la Tierra. Luego de ganar este grant –uno de los pocos que se otorgan a físicos teóricos–, pude consolidar mi posición en DESY como Lead Scientist (equivalente a profesor titular), a cargo del grupo teórico de astropartículas. Mi grupo es por tanto bastante grande en este momento, y estamos en la vanguardia del estudio de la dinámica y la emisión de ondas gravitacionales por objetos compactos en sistemas binarios como estrellas de neutrones y agujeros negros. Nosotros hemos proporcionado varios de los ingredientes que se usan para los templates que buscan las señales de ondas gravitacionales en LIGO/Virgo, y más que nada los que serán usados por futuros detectores como LISA y también el telescopio Einstein.

He trabajado en esta área desde hace tiempo. Por ejemplo, para mi tesis de doctorado resolví por primera vez la interacción gravitacional no lineal de dos agujeros negros rotando. Para ello utilicé las mismas ideas que se usan en la física de partículas para estudiar la energía de enlace de quark pesados, un área donde mi advisor, Ira Rothstein, es un experto. Hoy en día estamos utilizando ideas más recientes en el estudio de colisiones de partículas para entender la dinámica de agujeros negros. De eso trata mi ERC grant, por lo que hemos sido muy productivos últimamente.

La pandemia ha traído de todo. Lo más claro es que tratar de trabajar con dos niños de tres y siete años en casa es mucho más difícil de lo que esperaba, sobre todo porque mi esposa es médica y trabaja en el hospital casi todos los días. Así y todo, una de las ideas de uno de los trabajos más citados del año pasado se me ocurrió corriendo a los niños en la playa durante el lockdown. Tiene que ver con una forma de calcular una integral y se me ocurrió mientras corría en círculos. He descubierto además varias carencias del sistema educativo alemán, pero eso es para otro día.

Estás a la vanguardia del estudio de las ondas gravitacionales y de otros aspectos que dan forma al universo que conocemos. En el trabajo proponen “una predicción comprobable de la naturaleza cuántica de las fluctuaciones primordiales” que podrán probarse con futura evidencia. ¿Cuánto creés que puede demorar en llegar esa evidencia, esos datos que permitan usar lo que publicaron?

Creo que hoy en día hay un montón de datos observacionales que nos están dando una mejor idea de cómo funciona el universo. Sin embargo, tanto la naturaleza de la materia oscura como la energía oscura, mismo los agujeros negros y la propia naturaleza de la “semilla primordial” que originó las galaxias, se mantienen como grandes misterios. Las ondas gravitacionales han abierto una nueva forma de “escuchar” al universo. ¡Y esto es sólo el comienzo! LISA, el telescopio Einstein, etcétera, van a darnos aún más información sobre el cosmos, como nunca antes. En lo que respecta a las fluctuaciones primordiales, lo nuestro es por descarte. Es decir, tendremos que llegar a un nivel de precisión en el que esperamos ver efectos –por ejemplo si fueran clásicas– y descartarlos. El problema es que las correlaciones que predecimos son las primordiales, pero luego, con la evolución de los clusters de materia, esas correlaciones pueden formarse (y mezclarse) por la propia atracción de la gravedad. Desentanglear [desenredar] la información primordial no es fácil. De hecho, también he estado estudiando cómo usar ideas de la física de partículas para precisamente entender la evolución de las perturbaciones gravitacionales en el universo dominado por la materia (luego de la inflación) para poder separarlas de las primordiales. Irónicamente, el segundo lugar del Premio Buchalter es para un grupo de gente –liderado por Matías Zaldarriaga en el IAS– que ha estado estudiando precisamente este problema en el que he trabajado con Matías en el pasado.

En nuestro trabajos hicimos que un problema que parecía imposible se volviera plausible, y el tiempo dirá si tendremos suficientes datos y suficiente precisión para extraer la información de las fluctuaciones primordiales. Al menos ahora la motivación en este campo es aún mayor.