Satyendra Nath Bose escribió a Einstein el 4 de junio de 1924, Einstein tradujo su artículo y lo envió antes del 2 de julio, y los bosones llevan su nombre aunque nunca ganó un Premio Nobel

El 4 de junio de 1924, Satyendra Nath Bose, de 30 años, profesor adjunto (reader) de física en la Universidad de Dacca (hoy Universidad de Daca), escribió a Albert Einstein en Berlín y adjuntó un breve artículo que deducía la ley de la radiación de Planck sin electrodinámica clásica. Einstein tradujo el artículo al alemán él mismo y, antes del 2 de julio de 1924, lo había entregado a la Zeitschrift für Physik, la revista que Bose había pedido. Las partículas que siguen la estadística que introdujo el artículo se llaman bosones, en su honor.

Bose nunca ganó un Premio Nobel. El archivo del Nobel lo registra como nominado 11 veces, y varios puntos de su historia son motivo de disputa entre los historiadores que han leído las cartas. Cada uno se señala más abajo.

Un profesor adjunto sin doctorado escribe a Berlín

Bose nació en Calcuta el 1 de enero de 1894. Según el físico Kameshwar Wali, obtuvo el primer puesto tanto en el examen de licenciatura (1913) como en el de máster (1915) en el Presidency College, con su amigo Meghnad Saha en segundo lugar. Con Saha tradujo al inglés los artículos de relatividad de Einstein y de Hermann Minkowski, un libro que la Universidad de Calcuta publicó en 1920. Se trasladó en 1921 a la recién fundada Universidad de Dacca como profesor adjunto, y no tenía doctorado.

Su carta de presentación, tal como la reproduce Wali, decía que había intentado deducir el coeficiente 8πν²/c³ de la ley de Planck con independencia de la electrodinámica clásica, suponiendo solo que las regiones más pequeñas del espacio de fases (el espacio de posiciones y momentos) tienen un contenido h³. Escribió que no sabía alemán lo bastante para traducirlo. “Aunque soy un completo extraño para usted, no siento ninguna vacilación al hacer tal petición”, continuó. Una versión más larga de la carta, en la memoria biográfica de la Academia Nacional de Ciencias de India escrita por SD Chatterjee en 1983, añade que Bose recordó a Einstein las traducciones de Calcuta y que había traducido el artículo sobre la relatividad general.

La docencia planteó el problema, dicen tanto Wali como Chatterjee. Saha visitó Dacca hacia marzo de 1924 para examinar las prácticas del máster y habló a Bose de los intentos de Pauli y de Einstein y Ehrenfest de deducir la ley de Planck. Chatterjee escribe que Bose se había topado con la dificultad con sus estudiantes de posgrado. Wali dice que la visita de Saha lo puso a pensar en la radiación y la materia y lo llevó a un segundo artículo, enviado a Einstein más o menos al mismo tiempo que el primero. Su carta de presentación está fechada el 15 de junio de 1924, señala Chatterjee.

Qué cambió el artículo en la ley de Planck

La ley de Planck de 1900 dice cuánta radiación de cada frecuencia llena una caja mantenida a una temperatura dada. Tiene dos partes: la energía media de cada modo de vibración y el número de modos. Enric Pérez y Tilman Sauer, del Einstein Papers Project, señalan que las deducciones anteriores obtenían la energía media a partir de la cuantización, pero habían deducido el factor previo, el recuento de modos, solo a partir de la teoría clásica.

El recuento de Bose era nuevo. En la versión que reproduce Masud Mansuripur, el espacio de fases de un cuanto de luz se corta en celdas de volumen h³, cada intervalo de frecuencia contiene un número de celdas que incluye dos estados de polarización, y los cuantos se distribuyen luego entre las celdas. Como los cuantos se tratan como idénticos, intercambiar dos de ellos no crea una disposición nueva. Siguiendo a Abraham Pais, Wali dice que la deducción no hacía ninguna referencia a la teoría clásica y la sitúa como el cuarto y último de los artículos revolucionarios de la antigua teoría cuántica, después de los de Planck, Einstein y Bohr.

Los historiadores difieren sobre cuán deliberado fue ese recuento. Max Delbrück, escribiendo en 1980, conjeturó que Bose simplemente cometió un error de estadística sin darse cuenta de lo inusual que era su manera de contar. Bose dijo más tarde al historiador Jagdish Mehra, según lo cita Chatterjee, que no tenía idea de que lo que había hecho fuera realmente novedoso y que no había pensado que su método difiriera de la estadística de Boltzmann.

El Philosophical Magazine: rechazado, o nunca respondido

Bose ya había publicado en el Philosophical Magazine, con Saha en 1918, y la memoria dice que envió allí este artículo primero. Los relatos de lo que ocurrió después difieren.

En el relato de Wali, Bose envió el artículo a fines de 1923 o a comienzos de 1924 y, seis meses después, los editores le dijeron que el informe del evaluador era negativo. La memoria de Chatterjee dice que durante mucho tiempo no llegó ninguna carta de aceptación. Para Robert Crease y Gino Elia en Physics World, Bose nunca recibió respuesta, aunque un pie de foto del mismo artículo llama al texto rechazado. Pérez y Sauer, citando a William Blanpied (1972) y a Wali (2006), dicen que los editores lo habían rechazado. Wali añade que el historiador John Stachel da un relato contradictorio sobre cuándo se completó el artículo. Lo firme es que el Philosophical Magazine no lo publicó.

La postal de Einstein y tres artículos sobre gases

Una postal de Einstein, fechada el 2 de julio de 1924, trajo la respuesta. Wali la cita: “Significa un paso importante hacia adelante y me alegra mucho.” El registro de Springer muestra que la Zeitschrift für Physik recibió la traducción el 2 de julio de 1924, y el artículo aparece en el volumen 26, páginas 178 a 181. En su nota de traductor, Einstein llamó a la deducción un avance importante y dijo que el método daba también la teoría cuántica de un gas ideal. Las fuentes dan meses de publicación distintos: Chatterjee y el Oxford Dictionary of National Biography dicen agosto de 1924, mientras que el registro de Springer da diciembre de 1924 para el número encuadernado.

El 10 de julio de 1924 Einstein presentó a la Academia Prusiana de Ciencias un artículo sobre la teoría cuántica del gas ideal monoatómico. Dos días después escribió a Paul Ehrenfest, en una carta que Pérez y Sauer citan en alemán, que el indio Bose había dado una deducción elegante cuya esencia seguía oscura, y que él la había aplicado a un gas ideal. Un segundo artículo se leyó en la Academia el 8 de enero de 1925 y un tercero el 29 de enero de 1925.

El segundo artículo predice el condensado de Bose-Einstein. Por debajo de una temperatura crítica, halló Einstein, una parte creciente de las moléculas se amontonaría en el estado de momento cero. El 29 de noviembre de 1924 dijo a Ehrenfest que las moléculas “se condensarían” sin ninguna fuerza de atracción, calificó la teoría de hermosa y dijo que no sabía si contenía algo de verdad. Ese artículo recogió además una crítica de Ehrenfest y otros: que el recuento de Bose y el del propio Einstein trataban los cuantos o las moléculas como no independientes desde el punto de vista estadístico. “Esto es enteramente correcto”, escribió Einstein, en la traducción de Pérez y Sauer.

El comunicado de la Fundación Nobel sobre el premio de física de 2001 retoma la historia. Eric Cornell y Carl Wieman obtuvieron un condensado puro de unos 2000 átomos de rubidio a 20 nanokelvin en 1995, setenta años después de la predicción, y el premio fue para Cornell, Wolfgang Ketterle y Wieman “por haber logrado la condensación de Bose-Einstein en gases diluidos de átomos alcalinos, y por los primeros estudios fundamentales de las propiedades de los condensados”.

Dos años en París y Berlín

Wali y Chatterjee dicen ambos que la postal de Einstein ayudó a Bose a conseguir dos años de licencia de estudios. Zarpó de Bombay a comienzos de septiembre de 1924 y llegó a París a mediados de octubre, alojado en el edificio de la Asociación de Estudiantes Indios de la Rue du Sommerard. Marie Curie, recordó Bose, le dijo que esperara tres o cuatro meses y aprendiera francés antes de trabajar en su laboratorio, así que se incorporó en cambio al laboratorio de rayos X de Maurice de Broglie. Paul Langevin fue otro contacto allí.

El 26 de octubre Bose escribió a Einstein desde París pidiendo trabajar con él. Einstein respondió el 3 de noviembre que se alegraría de encontrarse, y que no estaba de acuerdo con la ley de probabilidad del segundo artículo de Bose, el del equilibrio térmico de la radiación en presencia de materia, que Einstein también había traducido y anotado. Un tercer artículo, anunciado por Bose el 27 de enero de 1925, nunca se publicó, y Wali informa de que no hay rastro de él en los Archivos Einstein de la Universidad Hebrea de Jerusalén.

Berlín llegó en octubre de 1925, según Wali y la biografía de Oxford. Allí Einstein le presentó a Fritz Haber, Otto Hahn, Lise Meitner y Walter Gordon, y le planteó dos problemas sobre la estadística de los cuantos de luz. Bose no avanzó en ninguno, escribe Wali. Chatterjee añade una visita a Gotinga en el verano de 1926, donde conoció a Max Born, antes de su regreso a Dacca ese año.

Un recuerdo posterior viene del físico Partha Ghose, antiguo alumno de Bose. En una charla de abril de 2005 en la Universidad de Daca, Ghose dijo que Bose le contó una vez, en confianza, que su deducción había dado primero 4πν²/c³ en lugar de 8πν²/c³, y que él había propuesto que el factor 2 que faltaba procedía de que el fotón tiene un espín de una unidad. Ghose recuerda que Bose dijo en bengalí, con una sonrisa triste: “¡El viejo lo tachó!” Wali añade que al parecer Einstein puso en su lugar los dos estados de polarización. Esto descansa en el recuerdo de Ghose de una conversación privada, y Wali lo presenta así.

Dacca, Calcuta y los honores

Sin doctorado, a Bose sus amigos le aconsejaron conseguir una recomendación de Einstein antes de postularse a la cátedra de Dacca. Einstein escribió que el trabajo reciente de Bose, en especial sobre el equilibrio de la radiación, significaba “un progreso importante y duradero de la teoría física”. Chatterjee dice que la cátedra se ofreció primero a DM Bose, que la rechazó, y que SN Bose fue profesor de física y jefe de departamento en 1927.

En Dacca construyó cámaras de difracción de rayos X y un programa de cristalografía, y se dedicó a la química orgánica. En 1945 se fue a la Universidad de Calcuta como profesor Khaira. La memoria da como motivo la tensión entre comunidades en Dacca, que lo perturbaba. Wali escribe que los logros de investigación de Bose fueron menos sostenidos y menos numerosos que los de contemporáneos como Saha y CV Raman.

Bose fue miembro de la Rajya Sabha de 1952 a 1958, y el portal científico del gobierno da 1954 como el año de su Padma Vibhushan. En 1958 la Royal Society lo eligió miembro. Tras jubilarse de Calcuta en 1956 fue vicerrector de Visva-Bharati, la universidad de Santiniketan que fundó Rabindranath Tagore, hasta 1958, y luego fue profesor nacional. A mediados de los años cincuenta publicó cinco artículos sobre la teoría del campo unificado de Einstein. Cuando llegó la noticia de la muerte de Einstein, escribe Chatterjee, Bose rompió la única copia de un importante artículo propio.

De dónde vino la palabra bosón

El término viene de Paul Dirac. Gordon Fraser y Michael Riordan escriben en Physics World que en una conferencia pública en una “París devastada por la guerra” en diciembre de 1945 llamó fermiones a las partículas de Fermi y bosones a las de Bose, y los nombres se quedaron. MacTutor también le atribuye la acuñación. Pauli aportó el vínculo entre las dos clases y el espín en 1936 y 1940, dice Chatterjee: las partículas de espín entero siguen la estadística de Bose y las de espín semientero siguen la de Fermi.

Physics World define un bosón como cualquier partícula con espín cuántico entero, y el CERN dice que el bosón de Higgs es la única partícula con espín cero. ATLAS y CMS anunciaron el descubrimiento el 4 de julio de 2012, y el editorial de Nature Physics de 2024 llama a “bosón” probablemente uno de los términos de la física más reconocidos desde entonces. El papel de India en esa búsqueda se cuenta en nuestro artículo sobre India en el CERN.

Once nominaciones y ningún premio

El archivo del Nobel registra a Bose como nominado en 11 nominaciones: 1956, 1959, dos en 1962, una en cada uno de 1968, 1969 y 1970, tres en 1971 y una en 1972. Cinco de ellas, de 1968 a 1972, vinieron de MGK Menon. El archivo registra al proponente y al nominado, y ninguna de las fuentes usadas aquí informa de un motivo del comité para pasarlo por alto.

Una regla y dos premios enmarcan el registro. Los estatutos de la Fundación Nobel dicen que el trabajo producido por una persona ya fallecida “no será considerado para un premio”. Bose murió el 4 de febrero de 1974, así que después de esa fecha no era posible ningún premio por su propia obra. El primer condensado llegó en 1995 y el premio por él en 2001. El premio de física de 2013 fue para François Englert y Peter Higgs por el descubrimiento teórico de un mecanismo detrás del origen de la masa, confirmado por la partícula hallada en el CERN. Escribiendo en Physics World en 2023, Hannah Schmalstich observa que Bose no ganó ningún Nobel por su contribución detrás del bosón.

Dos fuentes ofrecen un relato del temperamento, no del razonamiento del comité. Wali escribe que tras su éxito temprano Bose “cayó en la trampa de ser perfeccionista”, publicó solo las ideas que juzgaba valiosas y nunca guardó notas. Chatterjee dice que rehuía la publicidad y había resuelto “abrazar la oscuridad”.

El 10 de enero de 1974, un mes antes de morir, Bose escribió a su amiga Jacqueline Eisenmann, a quien había conocido en París, que la universidad patrocinaba una conferencia sobre física estadística y la había llamado el 50.º aniversario de la estadística de Bose.