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Memoria

En el corazón del átomo

El físico teórico carioca Jayme Tiomno, de cuyo nacimiento se cumplen 100 años, descubrió la interacción entre las partículas del núcleo atómico

Un choque de partículas registrado en el Cern, en Ginebra (Suiza), en 2011. Las dos líneas rojas son los muones, estudiados por Tiomno. Las líneas anaranjadas son vestigios de otras partículas que surgieron a partir de la colisión

Thomas McCauley/ CMS Collaboration

Cuando se embarcó rumbo a Estados Unidos en 1948, Jayme Tiomno (1920-2011), un carioca hijo de inmigrantes judíos de Rusia, ya había concluido la carrera de física en la Facultad Nacional de Filosofía de la antigua Universidad de Brasil, que luego dio origen a la Universidad Federal de Río de Janeiro (UFRJ), y llevaba un año de estudios en el posgrado de la Universidad de São Paulo (USP). Era uno de los pocos pasajeros de un vuelo de la aerolínea Panair y vivió horas de zozobra: el avión en que viajaba debía reemplazar su motor, cuya garantía había expirado, y todos a bordo estaban preparados para saltar en paracaídas en cualquier momento.

Una vez llegado a Estados Unidos, el trabajo salió bien: su tutor en la Universidad de Princeton, el físico estadounidense John Wheeler (1911-2008), conocía el trabajo de otros dos brasileños que se destacaban en la física de partículas, Mario Schenberg (1914-1990) y José Leite Lopes (1918-2006), quienes habían estudiado ahí antes que él. En Princeton, Tiomno conoció a grandes físicos, tales como el húngaro Eugene Wigner (1902-1995) y el chino Chen Ning Yang, que más tarde ganaron el Nobel de Física.

Divulgação ABC Jayme TiomnoDivulgação ABC

Allí fue donde elaboró uno de sus trabajos científicos principales: propuso la unificación de la entonces llamada interacción universal de Fermi, que actualmente se conoce como interacción débil, la fuerza que regula la interacción entre las partículas del núcleo atómico.

Hacia el final de los años 1940, luego de décadas en que tan solo tres partículas –neutrones, protones y electrones– parecían dar cuenta de la constitución del átomo, los experimentos con rayos cósmicos revelaron otras partículas elementales, con masas, cargas eléctricas y propiedades diferentes. Había tres tipos de transformación: la primera era el denominado decaimiento beta, que consistía en la descomposición de dos partículas, neutrón y protón, respectivamente en protón, electrón y antineutrino o en neutrón, positrón y neutrino electrónico; la segunda  aludía al mesón Pi (o pion) –una partícula con una vida media de 26 nanosegundos en cuyo descubrimiento también participó el físico brasileño César Lattes (1924-2005)– y describía su desintegración en muones y neutrinos muónicos; la tercera era el decaimiento de una partícula con una masa 200 veces mayor que la del electrón, el muón, en un electrón, un neutrino electrónico y un neutrino muónico.

“En aquella época”, explica el físico Ignacio Bediaga, del Centro Brasileño de Investigaciones Físicas (CBPF), “los tres decaimientos fueron vistos como fenómenos independientes, con orígenes diferentes. Tiomno propuso la unificación de las tres reacciones que ocurrían en el núcleo atómico y demostró matemáticamente que eran el resultado de interacciones con la fuerza débil, mediada, tal como se descubrió experimentalmente recién en 1983, por partículas bosón W cargadas eléctricamente. La propuesta de unificación de los decaimientos, expresada en un diagrama conocido como el triángulo de Tiomno-Wheeler en un artículo que salió en 1949 en la revista científica Reviews of Modern Physics, apuntalaba una idea que también era nueva para esa época.

Archivo Jayme Tiomno Jayme Tiomno en su cuarto en Princeton, en 1948Archivo Jayme Tiomno

“El triángulo sintetiza el estado del arte de la física de entonces y, hoy en día, es un concepto afianzado”, comenta el físico e historiador de la ciencia Olival Freire Junior, de la Universidad Federal de Bahía (UFBA). Años más tarde, cuando se perdió la autoría del diagrama, Wheeler se quejó y ponderó el trabajo de su exalumno.

El físico italiano Giorgio Salvini (1920-2015) recordó aquellos días en Princeton en 1993, cuando visitó el CBPF y le insistió a Bediaga, que había hecho su doctorado en Italia, para encontrarse con Tiomno. No pudo lograrlo, porque su antiguo colega estaba enfermo. “Él era el único que podía resolver las listas de ejercicios en 15 minutos y después nos las pasaba para copiarlas, no era como los estadounidenses”, explicó Salvini, que fue Ministro de Ciencia en Italia entre 1995 y 1996.

Archivo Jayme Tiomno Dibujo hecho por Wheeler para demostrar cómo Tiomno y él, en 1949, unificaron las transformaciones en tres pares de partículas: neutrón y protón (N y P); electrón (e) y neutrino electrónico (v), y muón negativo (μ) y muón neutrino (μ0)Archivo Jayme Tiomno

En el CBPF
Después de regresar a Brasil en 1950, Tiomno trabajó como asistente de investigación en la USP y se reencontró con la física experimental Elisa Frota Pessoa (Elisa Esther Habbema de Maia, 1921-2018). Elisa, que luego se convertiría en su esposa, había estado casada con el biólogo Oswaldo Frota Pessoa (1917-2010). Después de 18 meses, Tiomno renunció a su trabajo en la USP para retornar a Río de Janeiro, donde se desempeñó como docente a tiempo parcial en la Facultad Nacional de Filosofía.

En 1952, empezó a trabajar en el CBPF, creado dos años antes con su apoyo, y se unió a Elisa, entonces ya su esposa, que estaba allí desde el principio. En una entrevista concedida en 1977 a investigadores de la Fundación Getulio Vargas, cuando también relató lo del avión que lo llevó a Estados Unidos, Tiomno recordó que la CBPF fue creada porque “en Brasil, con la excepción de São Paulo, todas las universidades brasileñas interponían las mayores dificultades posibles a la investigación”, especialmente a aquellos que habían estudiado en otros países.

Archivo Jayme Tiomno En Princeton, en 1949: César Lattes, Hideki Yukawa y Walter Schutzer (de pie, de izq. a der.); Hervásio de Carvalho, José Leite Lopes y Jayme Tiomno (agachados)Archivo Jayme Tiomno

En el CBPF, Tiomno exploró otra idea de su tesis doctoral, la búsqueda de una ecuación matemática que pudiera explicar las interacciones débiles. Seleccionó dos abordajes posibles y apostó por uno de ellos, pero fue el otro el que se demostró consistente a partir de los experimentos en los aceleradores de partículas. En 2003, Freire escuchó a Tiomno reconocer que había olvidado los análisis de la desintegración del pión realizados por su esposa y por la física Neusa Margem en el propio CBPF que indicarían que el segundo enfoque matemático era el correcto. “Él prefirió utilizar los resultados más recientes de otro científico, pero esos eran erróneos”, relata el historiador de la ciencia Alfredo Tolmasquim del Museo do Amanhã de Río de Janeiro. Tolmasquim, sobrino del físico carioca, se propone publicar en junio la biografía que intituló Jayme Tiomno – A life for physics, a life for Brazil (editorial Springer), escrita junto al físico alemán William Brewer, investigador jubilado de la Universidad Libre de Berlín, quien vivió 10 años con Sonia, la hijastra del biografiado.

“Tiomno forma parte de una generación de investigadores brasileños, tales como Lattes, Schenberg y Leite Lopes, que convivieron con grandes científicos y establecieron una concepción de trabajo que situó a la física del país en un estándar de calidad internacional”, dice Bediaga, quien escribió cinco artículos científicos con Tiomno. “Él les insistía mucho a sus alumnos para que buscaran temas nuevos y audaces, que trabajaran con fervor y lucharan por sus ideas”.

Archivo Jayme Tiomno Tiomno en el momento que recibió el Premio Moinho Santista, en 1957Archivo Jayme Tiomno

En 1960, en el marco de una conferencia de física de alta energía en Estados Unidos, Tiomno propuso la existencia de un nuevo tipo de mesón, que debería ser el resultado de la desintegración de otra partícula, el barión. Ese fue el primer estudio de la transformación de una partícula en otras más estables, lo que se denomina resonancia. Inmediatamente después, en un acelerador de la Universidad de California en Berkeley, en Estados Unidos, se descubrió el mesón vectorial K*(890), con una masa cercana a la que él había sugerido. Según Bediaga, la partícula propuesta por Tiomno estaría más cerca del mesón kappa (800), que fue identificado en 2002.

Archivo Jayme Tiomno La carta de 1987, en la que Wheeler recomienda a Tiomno para otorgarle el Premio Nobel, algo que no se concretóArchivo Jayme Tiomno


De regreso en Princeton
En 1965, Tiomno se trasladó a la Universidad de Brasilia (UnB), pero pronto renunció, junto con más de 220 profesores, que no aceptaron las intervenciones del gobierno militar, y pasó un año en el Centro Internacional de Física Teórica en Trieste, Italia. Más adelante, en 1968, habiendo obtenido por concurso un cargo docente en la USP, él y Elisa fueron incluidos en una lista de profesores universitarios simpatizantes de la izquierda. Al año siguiente, con el Acto Institucional Nº 5, fueron expulsados de la universidad junto con muchos otros profesores, tales como Schenberg y Leite Lopes, y los sociólogos Florestan Fernandes (1920-1995) y Fernando Henrique Cardoso.

“Nadie entendió por qué él figuraba en la lista de los cesanteados”, dice Tolmasquim. “Tiomno fue crítico de la forma en que se implementó la reforma universitaria de 1968, pero era muy reservado y nunca tuvo actividad política partidaria”. Según el historiador, la hipótesis más aceptable es que las acusaciones de que sería parte de un grupo de comunistas –posteriormente desmentidas– fueron tomadas y aprovechadas por los organismos de represión política en São Paulo.

Tiomno regresó al CBPF y también fue despedido. El resultado de este episodio fue una profunda depresión, que le impidió evaluar las invitaciones para trabajar en Estados Unidos. Wheeler, quien le formuló una de las invitaciones, insistió y, finalmente, a mediados de 1971, Tiomno y su esposa fueron a Princeton. Regresaron en 1972 para ingresar en la Pontificia Universidad Católica de Río de Janeiro (PUC-RJ). Con la ley de amnistía de 1979, Tiomno y Elisa volvieron al CBPF.

Archivo Jayme Tiomno Tiomno y Elisa Frota Pessoa en la década de 1990Archivo Jayme Tiomno

Después de la segunda temporada en Princeton, el físico comenzó a trabajar en cosmología. “Era un área aún con pocos datos experimentales y más especulativa que la física teórica”, dice Felipe Tovar Falciano del CBPF. En la década de 1980, se preocupó por promover la participación de científicos brasileños en proyectos internacionales, tal como él y otros físicos habían hecho décadas atrás, antes de que se abandonara esa actividad durante el gobierno militar (1964-1985).

Tiomno vivió en Río de Janeiro hasta su muerte, a la edad de 90 años. Los físicos que dirigió o con quienes convivió trabajan en el CBPF y en universidades del país y del exterior.

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