Un equipo multidisciplinario de científicos BUAP demostró que las leyes de la Física que gobiernan lo más pequeño en el universo son también clave para una agricultura sostenible y sin químicos. Su trabajo emplea la teoría de percolación ─una rama de la Física estadística que estudia cómo se conectan los sistemas─, para predecir tanto la formación de estados exóticos de la materia, como la propagación de enfermedades en los cultivos.
Los investigadores BUAP, Jhony Eredi Ramírez, Arturo Fernández Téllez, Ygnacio Martínez Laguna, Jesús Francisco López Olguín y Agustín Aragón García, demostraron que una plantación se comporta de forma idéntica a un sistema físico poroso.
La Física como escudo natural en la agricultura
Con un enfoque agroecológico, los investigadores publicaron un estudio revolucionario sobre el manejo agroecológico de Phytophthora, conocido como el “destructor de plantas”, un patógeno que causa pérdidas económicas masivas a nivel mundial y que se propaga a través de esporas que “nadan” en la humedad del suelo hacia las raíces. En Puebla, se reporta que Phytophthora ataca a diversas plantaciones causando pérdidas millonarias a productores de papa, chile y aguacate.
Al organizar los cultivos en configuraciones de intercalado (intercropping), como columnas o diagonales alternas (estilo ajedrez), es posible crear “barreras naturales”. El estudio determinó que la configuración de diagonales alternas es la más efectiva para evitar que la enfermedad se extienda por todo el campo, permitiendo a los agricultores proteger sus cosechas sin depender de fungicidas químicos.
Para 2022 su enfoque se trasladó de los campos de cultivo al corazón de los aceleradores de partículas más potentes del mundo, como el LHC en Suiza y el RHIC en Estados Unidos. Los científicos investigaron el Plasma de Quarks y Gluones (QGP), un estado de la materia donde los componentes más básicos de los átomos se liberan, similar a una “sopa primigenia” caliente que existió en el origen del universo.
Aplicando la misma teoría de percolación, los físicos de la BUAP descubrieron que la temperatura necesaria para formar este plasma no es constante, sino que depende del tamaño de los núcleos que chocan. Un hallazgo sorprendente es que las colisiones entre partículas pequeñas (como protones) requieren energías 20 veces mayores que las colisiones entre núcleos grandes (como el plomo) para liberar a los quarks de su confinamiento. Este descubrimiento ayuda a entender por qué los experimentos observan comportamientos colectivos incluso en sistemas que antes se consideraban “demasiado pequeños” para formar este plasma.
Entropía y el “calor” de las colisiones
Fue a principios de 2024 cuando la investigación avanzó hacia la comprensión de la entropía y la capacidad calorífica de estos sistemas extremos. Al analizar datos de colisiones a energías que van desde los 0.2 hasta los 13 billones de electronvoltios (TeV), el equipo encontró que el sistema no se comporta como un gas simple.
A diferencia de un gas ideal, la capacidad calorífica del sistema de partículas aumenta a medida que sube la energía de colisión, lo que indica que el sistema adquiere “nuevos grados de libertad” o formas de almacenar energía. Este fenómeno es comparable a calentar un objeto que, al llegar a cierta temperatura, comienza a absorber calor no sólo para aumentar su velocidad, sino para transformar su estructura interna.
Una estrategia integral para la seguridad alimentaria
La culminación de este esfuerzo se presenta en abril de 2025, con una visión integral que une la física de redes complejas con la protección de cultivos frente a nuevas amenazas, como la arañita roja (Tetranychus urticae). Este ácaro, al igual que los patógenos previos, se desplaza entre plantas adyacentes a través del contacto entre hojas.
Los científicos han concluido que la mejor estrategia agroecológica es el diseño de policultivos, inspirados en sistemas ancestrales como la milpa mexicana. Estos sistemas no sólo detienen las plagas al romper la continuidad de las plantas susceptibles, sino que aumentan el rendimiento neto de la tierra al fomentar interacciones beneficiosas entre especies. Según el estudio, incluso en suelos con alta presencia inicial de patógenos, elegir el par de plantas adecuado basándose en su “susceptibilidad” —la probabilidad de enfermar tras la exposición— permite mantener una producción saludable y sostenible.
Esta línea de investigación demuestra que la ciencia no tiene fronteras rígidas. El mismo modelo matemático que explica qué sucede en el centro de una estrella de neutrones o en un colisionador de partículas está siendo utilizado para diseñar las granjas del futuro.
Esta colaboración entre físicos de partículas de la Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y expertos del Centro de Agroecología de la BUAP marca un hito en la búsqueda de soluciones basadas en la naturaleza para los desafíos globales del siglo XXI. Asimismo, este trabajo cuenta con apoyo de la Secretaría de Ciencias, Humanidades, Tecnología e Innovación (SECIHTI), así como la Vicerrectoría de Investigación y Estudios de Posgrado de la BUAP.
La investigación conjunta también dio origen a diversos artículos, que han generado críticas favorables por parte de la comunidad científica, lo que se refleja en dos galardones: Futured Articles y Scientific Highlight Articles por parte del American Institute of Physics.