Interludio: Ernst Carl Gerlach Stueckelberg

En el anterior Interludio, y en relación con la lista de Nobel en Física, mencioné que hablaría aquí de un personaje inusual, un físico  destacado del S. XX en el que concurren circunstancias muy poco convencionales. Incluso para muchos estudiantes de Física es, creo, un perfecto desconocido.

Se trata de Ernst Carl Gerlach Stueckelberg (1905–1984). Este físico suizo anticipó contribuciones que condujeron a tres Premios Nobel de Física. No uno ni dos, sino tres. Esos tres premios Nobel, los de  Hideki Yukawa, de Julian Schwinger y Richard Feynman, y de Kenneth Wilson, son merecidos sin ninguna duda. Pero vista en su conjunto, la trayectoria de Stueckelberg resultó ser de una  extraña tristeza y  no ha recibido el reconocimiento general que, por la amplitud y el interés de sus contribuciones, y la originalidad de su pensamiento, merece.

De hecho, este interludio se debe a un impreciso sentimiento de incomodidad mientras escribía, en esta primera aproximación, la historia de las ideas que han conducido “Del átomo al Higgs”. En toda tal narración hay muchas omisiones/simplificaciones, justificables o no, conscientes o no, aconsejables o no. Y no todas se pueden/deben corregir cuando lo que se pretende es mucho más lograr una historia conceptual clara (que debe exponerse de la manera más lineal posible) que presentar una reconstrucción de la historia real (que suele ser extremadamente no lineal, para la que hay excelentes y muy documentados libros).

Pero cuando he reparado en la ausencia de Stueckelberg, esta incomodidad se ha transformado en un claro sentimiento de desagrado. Y es que la de Stueckelberg, como la de Majorana, es una historia que realmente impresiona.

De familia aristocrática y educación muy estricta, estudió con Sommerfeld, y en 1927 presentó su tesis doctoral, un trabajo experimental sobre los rayos catódicos. Tras viajes y varias estancias en USA, Alemania e Inglaterra entre 1927 y 1934, pasó en ese año a ocuparse de la docencia en  Física Teórica de la Universidad de Ginebra. En esa época se manifestaron los síntomas de una psicosis maníaco-depresiva que le acompañaron y le limitaron el resto de su vida.

En 1934 dentro de un programa (publicado en Annalen der Physik) de exploración de la teoría de perturbaciones en un esquema relativista, Stueckelberg concibió una explicación de las fuerzas nucleares como debidas al intercambio de bosones de espín 1. Comentó esa explicación con Pauli, quien al parecer la encontró ridícula, por lo que Stueckelberg optó por no publicarla. Yukawa, que no habló con Pauli, publicó la misma idea y acabó recibiendo el Premio Nobel de 1949.

En esos años Stueckelberg fue quizás el único en anticipar en cierto sentido vago la existencia del muón, que se descubrió en 1937. Y cuando se descubrió, fue uno de los  primeros en entender y afirmar que se trataba de una partícula nueva e inestable, que se desintegraría tras su producción, como luego se comprobó (aunque eso no fuera inicialmente obvio, al ser la primera partícula realmente inestable que se descubría). Ambos detalles están sobresimplificados en el texto principal de la serie (sobresimplificación que hizo saltar la alarma a la que se debe este post).

En los primeros 1940 Stueckelberg envió a Physical Review un largo artículo dando las lineas maestras de un programa completo y correcto de renormalización de la Electrodinámica Cuántica. La revista lo rechazó, diciendo que “no es un artículo, es un programa, un esquema, una propuesta, ….”. Mientras Stueckelberg desarrollaba y pulía los detalles, Schwinger y Feynman publicaron su versión, por la que recibieron el Premio Nobel en 1965. Al final de una charla que Feynman dió en el CERN tras recibir su Nobel, Mehra pone en su boca, mientras Stueckelberg salía solo de la sala de conferencias, la frase: “He [Stueckelberg] did the work and walks alone toward the sunset; and, here I [Feynman] am, covered in all the glory, which rightfully should be his!”.

Diagramas de Stueckelberg, de una de sus publicaciones en 1941. Fuente: QED and the Men who Made it: Dyson, Feynman, Schwinger, and Tomonaga, S.S Schweber

Diagramas de la producción y aniquilación de pares, publicados en 1941, precursores de los diagramas de Stueckelberg.  Fuente: QED and the Men who Made it: Dyson, Feynman, Schwinger, and Tomonaga, por S.S Schweber

Los propios diagramas de Feynman fueron independientemente inventados y usados por Stueckelberg, denominación que algunos autores, como Gell-mann siguieron empleando regularmente. Y varias de las ideas habituales en el negocio de la diagramática, como que las antipartículas son partículas viajando hacia el pasado, son realmente  originales de Stueckelberg, ésta en un momento tan temprano como 1941.

La tercera “oportunidad” tiene que ver con la idea del grupo de renormalización, que Stueckelberg y A. Petermann inventaron en 1951. Un cuarto de siglo después, y bastante más desarrollada en manos de Wilson, esa idea condujo al Premio Nobel de 1982. Wilson menciona explícitamente a Stueckelberg y Petermann en su discurso de aceptación del Nobel.

Se encuentran ocasionalmente algunas imprecisas referencias a Stueckelberg como precursor también del campo de Higgs. A diferencia de los temas comentados antes, en éste la atribución es exagerada y está sacada de contexto. Seguramente la hipérbole aquí se origina en un trabajo de 1938, en el que Stueckelberg introduce un campo escalar, que permite que los bosones gauge de una teoría gauge abeliana (como los fotones en la QED) adquieran masa manteniendo la invariancia gauge. Si en la Naturaleza los fotones resultaran tener masa (que en todo caso sabemos experimentalmente pequeñisima), entonces el mecanismo de Stueckelberg podría ser el adecuado para describir tal situación.  Hasta ahora no han funcionado ninguno de los intentos de modificar el mecanismo de Stueckelberg transformándolo en un método que pudiera dar masa a los bosones gauge en una teoría no abeliana, algo que, de conseguirse, nos ofrecería una alternativa del mecanismo de Higgs.

Pero dicho esto, hay que añadir, en honor a la verdad, que este intento de 1938 parece hoy inusitadamente adelantado para su época: insiste en mantener explícita la invariancia gauge, en contra de lo habitual entonces, que era fijar una gauge de manera arbitraria y no preocuparse más de ello. También este trabajo es uno de los primeros modelos en los que se recurre a añadir un campo escalar a una teoría existente, un juego que ha dado muchísimo de sí, y dentro del que ciertamente encaja la propuesta de Higgs. Detalles técnicos, aquí

En su última etapa, la salud sobre todo mental de Stueckelberg se deterioró, aunque continuó con sus clases. Todas las referencias personales a Stueckelberg como profesor  le presentan como un virtuoso en la pizarra, paciente y extremadamente amable, con una mente científica asombrosamente clara y rigurosa, y cuidadoso con la elección de notaciones. Juzgando por el orden que se percibe en la fotografía de Stueckelberg a la pizarra en la portada del libro sobre su obra, yo al menos creo que habría asistido encantado a sus clases.

Que hoy serían inimaginables. Llevaba consigo a ellas a su perro teckel, que escuchaba sus explicaciones y, según la leyenda urbana entre los estudiantes, entendía el cálculo tensorial y ladraba cuando Stueckelberg cometía algún error: lo que debía ocurrir es que el perro ladraba cuando percibía en su amo la vacilación al darse cuenta de ir por  mal camino, vacilación que tan bien conocemos los que nos dedicamos a esto.

Blog1310StueckelbergBookNo quisiera dar aquí la idea de que se trata de un personaje deliberadamente silenciado, pues no creo que sea el caso. Más probablemente, su enfermedad lo llevó a un relativo aislamiento, en el que pudo desarrollar sus originales contribuciones, sin darlas a conocer por el camino del contacto directo en congresos y reuniones, más allá de por sus propias publicaciones.

El libro QED and the Men who Made it: Dyson, Feynman, Schwinger, and Tomonaga, de  Silvan Schweber,  una historia de la época escrita de primera mano, tiene abundantísimas referencias a las contribuciones de Stueckelberg.

Y en 2009 se ha publicado un volumen con una una biografía y una selección comentada de sus trabajos, editado por Lacki, Ruegg y Wanders, bajo el nada confuso título de E.C.G. Stueckelberg, An Unconventional Figure of Twentieth Century Physics, que al menos reúne y pone al alcance del lector interesado el material original necesario para una evaluación fiable de los logros de este destacado físico.

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2 respuestas a Interludio: Ernst Carl Gerlach Stueckelberg

  1. pseudópodo dijo:

    Merecidísimo el interludio… seguro que te interesa este post (o más bien sus comentarios).

  2. Bienvenido Pseudópodo y gracias por el enlace, que recomiendo a los lectores de este blog. Los comentarios de ese post son muy interesantes, y un honor (y supongo bastante sorpresa par ti en su momento) tener entre los comentaristas a un protagonista de primera mano de la historia. Fue una pena que la narración que pudiera haber aportado A. Petermann, se perdiera ….. Bueno, ahora al menos tenemos el libro de 2009 que da bastantes detalles.

    La verdad es que buscando complementar la información sobre Stueckelberg que ya tenía, tropecé con tu post, no recuerdo ahora exactamente cómo. Aunque dedico muy de vez en cuando ratos a leer post antiguos en tu blog (que es una mina que se extiende hasta tiempos pretéritos 🙂 ), ese no le había visto nunca antes (de manera que descubrirle también fue una sorpresa para mí). Y estuve tentado de terminar el mio con una mención a que la historia “pone los pelos de punta” y un enlace al tuyo. Al final me pareció que fuera del contexto de los comentarios de tu blog (en donde realmente la cosa es de poner los pelos de punta), podría parecer sensacionalista, cosa por la que tengo poca simpatía, y no lo hice.

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