El ser y la nada

Dos científicos japoneses y uno norteamericano compartieron el premio que otorga anualmente la Academia Sueca de Ciencias. En este caso, por sus investigaciones en el mundo de las partículas subatómicas, un mundo cuya existencia se explica a partir de los descubrimientos de los laureados.

¿Por qué existe “algo” en lugar de vacío? Esta pregunta nada trivial comenzó a responderse allá por el año 1960, cuando el estadounidense de origen japonés Yoichiro Nambu -uno de los galardonados- formuló su descripción matemática de la ruptura espontánea de algunas simetrías de la naturaleza, un fenómeno que explica, entre otras cosas, por qué existe el universo y, en consecuencia, nosotros: “Somos todos hijos de la ruptura de la simetría”, ilustra el comunicado de la Academia Sueca.

“Las simetrías de la naturaleza son muy importantes, no sólo para el ordenamiento de las partículas elementales sino, también, para la generación de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza: la gravitatoria, la nuclear, la electromagnética y la débil. Podría decirse que, en buena parte, el trabajo de la física moderna es identificar cuáles son las simetrías de la naturaleza”, señala el doctor Daniel de Florian, profesor del Departamento de Física de Exactas e investigador del CONICET, y añade: “Y así como el concepto de simetría es fundamental, a veces la ruptura de esas simetrías tiene una importancia muy relevante”.

Pero por qué las simetrías de la naturaleza se rompen fue un problema que permaneció como un misterio hasta el año 1972, cuando dos investigadores japoneses de la Universidad de Kyoto, Makoto Kobayashi y Toshihide Maskawa -los otros dos premiados-, hallaron una solución teórica al asunto: predijeron que debían existir tres partículas elementales hasta ese momento desconocidas. Esta hipótesis fue paulatinamente confirmada con el sucesivo hallazgo experimental de tres tipos de quark: el charm (en 1974), el bottom (1977) y el top (1994).

Ruptura vital

Se puede ilustrar el concepto de simetría, y de su ruptura, mediante un sencillo experimento: si se coloca a la letra “A” frente a un espejo puede observarse que ésta es simétrica con respecto a su imagen especular. En cambio, si enfrentamos a la letra “Z” a un espejo veremos que la simetría se rompe.

Para la física de las partículas elementales existen tres principios de simetría: la simetría de espejo (simbolizada con la letra P, por “paridad”), según la cual todos los eventos ocurrirían exactamente igual si se los mira directamente o en un espejo, la simetría de carga (C), que establece que las partículas deberían comportarse exactamente igual que sus antipartículas, que tienen las mismas propiedades pero carga opuesta, y la simetría T (por simetría de tiempo), según la cual los sucesos a nivel microscópico serían exactamente iguales ya sea que ocurran hacia atrás o hacia adelante en el tiempo.

Si bien en 1964 los premios Nobel James Cronin y Val Fitch descubrieron que la materia y la antimateria se comportan de manera diferente, fueron los trabajos de Kobayashi y Maskawa los que describieron cómo la ruptura de un tipo particular de simetría (denominada “CP”) encajaba dentro del marco teórico. “La violación de la simetría CP es lo que ha permitido que hoy exista el universo”, explica de Florian. Según el investigador, si el universo respetara esa simetría completamente, existiría el mismo número de partículas que de antipartículas y dado que, cuando se encuentran, ambas se destruyen, no habría materia y, por lo tanto no existiría nada de lo que hoy existe. Según las hipótesis más firmes, en algún momento inicial del Big Bang (la explosión que dio origen al universo) se produjo una asimetría, una minúscula desviación, que produjo una partícula adicional de materia por cada 10.000 millones de partículas de antimateria. Según parece, esa ruptura de simetría es la que habría permitido la supervivencia de nuestro universo. “Esa asimetría es algo que todavía no entendemos completamente por qué se produjo, pero estos trabajos dieron la posibilidad de comenzar a explicarlo” -comenta de Florian-, “tenemos la esperanza de que en el LHC (el acelerador de partículas europeo que fue puesto en funcionamiento recientemente) se pueda comprender mejor este mecanismo”, se ilusiona.

¿Un anticipo del próximo Nobel?

La mayoría de los físicos postula que la ruptura espontánea de simetría que habría acontecido en los inicios del universo sería la que habría permitido que las partículas adquieran masa: “La única forma de que esos objetos tengan masa es la ruptura espontánea de esa simetría a través del mecanismo de Higgs”, sostiene de Florian.

El bosón de Higgs es una partícula elemental hipotética cuya existencia es predicha por el Modelo Estándar de la física de partículas. Es la única partícula del Modelo Estándar que no ha sido observada hasta el momento y desempeñaría un rol importante en la explicación del origen de la masa de otras partículas elementales. Se espera que, mediante el LHC, sea hallada en un tiempo relativamente corto: “Todo hace pensar que la Academia premió estos trabajos previendo que, cuando se descubra el bosón, le den el premio Nobel a Higgs”, especula de Florian.

Fuente: El Cable Nro. 703