En 1970, de las siguientes características de la interacción débil sólo se conocían las tres primeras:

• La interacción actúa de forma universal sobre muchos tipos diferentes de partículas y su intensidad es aproximadamente igual para todas (aunque sus efectos pueden ser muy diferentes en cada caso). A los neutrinos les afecta exclusivamente la interacción débil.
• Comparada con las demás interacciones, ésta tiene un alcance muy corto.
• La interacción es muy débil. Consecuentemente, los choques de partículas en los cuales hay neutrinos involucrados son tan poco frecuentes que se necesitan chorros muy intensos de neutrinos para poder estudiar tales sucesos.
• Los mediadores de la interacción débil, llamados W⁺, W^– y Z⁰, no se detectaron hasta la década de 1980. al igual que el fotón, tienen espín 1, pero están eléctricamente cargados y son muy pesados (esta es la causa por la que el alcance de la interacción es tan corto). El tercer mediador, Z⁰, que es responsable de un tercer tipo de interacción débil que no tiene nada que ver con la desintegración de las partículas llamada “corriente neutra”, permite que los neutrinos puedan colisionar con otras partículas sin cambiar su identidad.

A partir de 1970, quedó clara la relación de la interacción débil y la electromagnética (electrodébil de Weinberg-Salam).

La interacción fuerte (como hemos dicho antes) sólo actúa entre las partículas que clasificamos en la familia llamada de los hadrones, a los que proporciona una estructura interna complicada. Hasta 1972 sólo se conocían las reglas de simetría de la interacción fuerte y no fuimos capaces de formular las leyes de la interacción con precisión.

Como apuntamos, el alcance de esta interacción no va más allá del radio de un núcleo atómico ligero (10^-13 cm aproximadamente).

La interacción es fuerte. En realidad, la más fuerte de todas.

Bajo la influencia de esta interacción, las partículas que pueden desintegrarse, las “resonancias” lo hacen muy rápidamente. Un ejemplo es la resonancia Δ, con una vida media de 0’6 × 10^-23 s. Esta colisión es extremadamente probable cuando dos hadrones se encuentran a una distancia cercana a 10^-13 cm.

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Por ejemplo:

La quiralidad está a menudo asociada a la presencia de carbonos asimétricos. Un carbono asimétrico es aquel que se une a cuatro sustituyentes diferentes. Un ejemplo de carbono asimétrico lo tenemos en la molécula de Bromocloroyodometano. El carbono está unido a bromo, cloro, yodo e hidrógeno, cuatro sustituyentes diferentes que lo convierten en quiral o asimétrico. La molécula y su imagen en un espejo son diferentes, ningún giro permite superponerlas. La relación entre una molécula y su imagen especular no superponible es de enantiómeros.

En estos dibujos podemos ver la molécula de Bromocloroyodometano y su enantiómero reflejado en el espejo. No siempre la imagen del espejo refleja lo mismo que se ha puesto delante de él tratándo de reproducir lo mismo que el original muestra.

Si nos ponemos delante del espejo y hacemos como que apuntamos con una pistola que sostenemos con la mano derecha, a “nuestro yo” reflejado, veremos que, la imagen especular, como riéndose de nosotros, nos apunta con la izquierda. ¿Cómo ha podido suceder tal cosa? Resulta que la simetría especular se rompe en ciertos casos.

Nunca dejaremos de sorprendernos. Todo aquello que nos es desconocido causa en nosotros sos sentimientos: temor y asombro. El mundo cotidiano, el planeta en el que vivímos, nos muestra la Naturaleza tal como nosotros creemos que es y, a veces, nos hace exclamar:

 ¡Que mundo más hermoso, parece de verdad!

No todo lo que vemos es, necesariamente, un reflejo de la realidad de la Naturaleza que, puede tener escondidos más allá de nuestras percepciones, otros escenarios y otros objetos, a los que, por ahora, no hemos podido acceder, toda vez que, físicamente tenemos carencias, intelectualmente también, y, nuestros conocimientos avanzar despacio para conseguir nuevas máquinas y tecnologías más avanzadas que nos posibiliten “ver” lo que ahora nos está “prohibido” y, para ello, como nos dice la historia de la Humanidad, necesitamos energías de las que no disponemos.

Lo cierto es que todo está hecho de esas pequeñas partículas… Quarks y Leptones. Las estudiamos y observamos los comportamientos que en situaciones distintas puedan tener y, una de las cuestiones que resultó curioso constatar es que,   existen partículas subatómicas que podríamos llamar pares y otras que podríamos llamar impares, porque sus combinaciones y desintegraciones cumplen las mismas propiedades que la suma de enteros pares e impares. Una partícula de paridad par puede partirse en dos de paridad par, o en dos de paridad impar, pero nunca en una de paridad par y otra de paridad impar (esto implica la conservación de la paridad).

En 1927 el físico y matemático húngaro Eugene Wigner demostró que las partículas con paridad par poseían, en cierta forma, una simetría especular (izquierda derecha, como la letra M o el número 8). Una simetría que conserva ciertas propiedades mecanocuánticas de la partícula por cambio de signo de sus coordenadas espaciales. En 1963 le fue concedido el Premio Nobel “ por el descubrimiento y aplicación de los principios fundamentales de la simetría”. Mucho es lo que hemos hablado aquí de la simetría y lo importante que es en física.

La ley conocida como Interacción débil, no cumple con ciertas “leyes de la Física” tales como la conservación de la extrañeza y del isospín, aunque hay otras muchas leyes de conservación que sí respeta. Los físicos hablan muy a menudo de la conservación de la simetría. Una simetría muy importante, aunque simple, es la “simetría especular” oficialmente llamada “paridad”.

No, esta no es, la imagen especular de un neutrino, de hecho, ellos no tienen imagen especular.

La simetría especular se ha comprobado una y mil veces en el laboratorio. El nombre científico de la simetría especular es “Conservación de la Paridad”. Así las cosas, la historia que sigue nos habla de un descubrimiento importante, y también de cómo, el progreso a veces, trae consigo la muerte de una bella y exquisita teoría que ha sido destruída por la realidad, no siempre tan bonita.

Lo cierto es que, los profundos y fatigosos estudios que llevaron a cabo los físicos, dieron como resultado que una concepción muy profunda de la manera en que se comporta la Naturaleza está (débilmente) equivocada y, se pudo “ver” que, nuestro conocimiento de cómo está construído el Universo tenía que cambiar para siempre. Es cierto que, rfutar una teoría elegante nos puede llevar al desánimo y, nos puede llevar a pensar que la Naturaleza es más torpe de lo que habíamos imaginado. Pero lo cierto es que, en unos pocos días de trabajo en el mes de enero de 1957, en Irvingtong-on-Hudson, 33 kilómetros al norte de Nueva York, pa paridad cayó.

Antes de 1956, siempre se había supuesto que cualquier fenómeno  respetaba las mismas leyes físicas que su imagen especular. En consecuencia uno podría esperar que las partículas o haces de partículas chocan entre ellas de una forma que sea especularmente simétrica, la simetría especular se preservaría.

Los físicos aman la simetría por su belleza matemática e intuitiva. Tenemos múltiples ejemplos de simetría en el arte, tales como el Taj Majal o un templo griego: en la Naturaleza exhiben patrones  simétricos de gran belleza las conchas, los animales simples y los cristales de distintos tipos, y también la simetría bilateral casi perfecta del cuerpo humano. Las leyes de la Naturaleza contienen un rico conjunto de simetrías de las que, durante muchos años, al menos hasta enero de 1957, se pensço que eran absolutas y perfectas. Han sido inmensamente útiles para nuestros conocimientos de los cristales, las moléculas grandes, los átomos y las partículas.

A una de esas simetrías se le lamaba simetría especular, o conservación de la paridad, y afirmaba que la Naturaleza -las leyes de la física- no puede distinguir los suecesos del mundo real de los que se ven en el espejo. Durante mucho tiempo, los físicos han sabido que toda reacción entre partículas elementales obedece a una simetría que llamamos CPT. Esto significa que si miramos la partícula de una reacción, y luego vemos la misma reacción cuando (1) la miramos en un espejo, (2) sustituimos todas las partículas por antipartículas y (3) hacemos pasar la partícula hacia atrás, los resultados serán idénticos. En este esquema la P significa paridad (el espejo), la C significa conjugación de carga (poner las antipartículas) y T la reserva del Tiempo (pasar la partícula al revés).

Un alto en el camino para una explicación: Dado que la antimateria tiene la misma masa que la materia, es decir son de la misma magnitud y signo (la definición de masa es positiva siempre), el efecto gravitacional de la antimateria no debe ser distinto de la materia, es decir, siempre sera un efecto atractivo. Pero, ¿acaso no importa la equivalencia establecida de antipartícula viajando al futuro = partícula viajando al pasado?

La respuesta es sí. Dicha equivalencia proviene (precisamente) de la simetría CPT, y nos dice que la equivalencia entre las partículas y antipartículas no solo corresponde a realizar una transformación sobre la carga, sino también sobre la paridad y el tiempo. La carga no afecta la gravedad, pero la paridad y el tiempo si la afectan. En otras palabras, al modificarse el tiempo (poner el tiempo al reves) y el espacio (la paridad es “girar” el espacio), estamos alterando el espacio-tiempo, y como la teoría general de la relatividad lo afirma, es la geometría de este el que determina la gravedad. Pero, a la larga, la geometría vendrá dada por la cantidad de materia que el universo pueda contener.

Se pensaba que el mundo era simétrico respecto a CPT porque, al menos al nivel de las partículas elementales, era simétrico respecto a C, P y T independientemente. Ha resultado que no es este el caso. El mundo visto en un espejo se desvía un tanto del mundo visto directamente, y lo mismo sucede con el mundo visto cuando la partícula pasa al revés. Lo que sucede es que las desviaciones entre el mundo real y el universo en cada uno de esos casos se cancelan una a la otra cuando miramos las tres inversiones combinadas.

También hay simetría en las ondas gravitatorias

Siguiendo con el tema que nos ocupa, lo cierto es que, es verdad que el mundo es casi simétrico respecto a CP actuando solos y a T actuando solo; es decir, que el mundo es casi el mismo si lo miran en un espejo y sustituyen las partículas por antipartículas que si lo miran directamente. Este “casi” es lo que preocupa a los físicos. ¿Por qué son las cosas casi perfectas, pero les falta algo?

Los neutrinos siempre nos han dado dolor de cabeza. Su ponemos nuestras manos delante un espejo, ahí las veremos reflejadas. Si de la misma manera, pudiéramos poner dos neutrinos delante del espejo de al lado, eso veríamos: NADA. El descubrimiento de que muchas partículas no se parecían en nada a sus respectivas imágenes especulares fue realizado por dos físicos chinos, Tsung Dao Lee y Chen Ning Yang, algún tiempo después de haber emigrado a los EE UU. Resultó que la Interacción débil distinguía entre derecha e izquierda. Esto es más claro en el caso del neutrino.

Los neutrinos v_e y v_µ como el fotón, no tienen masa en reposo y, por lo tanto, se mueven siempre a la velocidad de la luz. Los neutrinos también rotan con un espín ½. Si definimos el “polo norte” y el “polo sur” igual que se definen en la Tierra. Los neutrinos son especiales porque siempre tienen el polo sur enfrente de ellos y el polo norte detrás. Nunca se han observados neutrinos para los cuales esto no sea así.

La física sueca Cecilia Jarlskog comparó a los neutrinos con los vampiros porque no tienen imagen especular. Su imagen especular es un imposible físico. Ciertamente, cuando nos adentramos en los secretos de la mecánica cuántica, podemos constatar que, nuestro mundo, no es tal como lo vemos y, la realidad de la Naturaleza a veces, difiere de la nuestra.

 Recordémos la dualidad onda-partícula, en el que se aprecia cómo un mismo fenómeno puede ser percibido de dos modos distintos, fue uno de los problemas filosóficos que planteó la mecánica cuántica. Tratándo sobre mecánica cuántica podríamos hablar de la filosofía de la física pero, nunca de la Física como filosofía.

A todo esto, tendremos que convenir en que, nosotros, no somos capaces de deducir las propiedades de un escarabajo utilizando el modelo estándar y esto nunca va a cambiar. Imaginemos un examen de la siguiente cuestión:

Calcula el número de segmentos del Aselluz aquaticus a partir del modelo estándar. Se puede utilizar la lista adjunta para la masa de Higgs y los parámetros que violan la CP…

Nunca se podrá resolver tal tipo de problemas, ni es la intención de los Físicos Teóricos sugerir que ellos pueden hacer la labor de los Biólogos o la de los miembros de cualquier otra disciplina que no sea la Física. Lo que afirman es que las fuerzas de la Naturaleza responsables del número de segmentos de esas criaturas son conocidas, pero que el efecto es incalculable. A duras penas somos capaces de calcular los efectos de las fuerzas fundamentales en un simple hadrón tal como el protón (¡los resultados están a menudo desviados más de un cincuenta por ciento!), así que imagínese cuan imposible se hace la complejidad de un sistema formado por los 10²² átomos con la forma de un escarabajo.

¡Qué extraño es todo esto!

¡Y pensar que todas las respuestas están en la verdadera naturaleza de la luz! Ese último estado de la materia que es pura energía. Y, ya puestos a imaginar,  también podríamos pendsar que las cuerdas, esas briznaz vibrantes de infinitesimal tamaño que se cree están más allá de los Quarks, también ellas, en esencia, son luz. Si una cuerda es billones de veces más pequeña que un átomo. Si agrandáramos un átomo al tamaño de nuestro sistema solar, una cuerda sería como un árbol. ¡Qué fantástica idea!

Once dimensiones, universos paralelos, y un mundo hecho de cuerdas o filamentos vibrantes que vendrían a ser los objetos más pequeños del Universo. Claro que, no sabemos de qué estará formada la tan cacareada “materia oscura” ( si es que finalmente existe). Lo cierto es que, la Naturaleza, además de que es bella, es también !asombrosa! ¿Estábamos hablando de simetría?

La Simetría de la Naturaleza nos rodea por todas partes y, a nuestro alrededor, mirémos donde podamos mirar, allí está presente y, sin embargo, de ninguna manera son manifiestas todas las simitrías de la Naturaleza. Vivímos en un mundo imperfecto, en el que muchas de las simetrías que aparecen en las ecuciones de la física están rotas.

Como más arriba se dice, antes de enero de 1957 no se había visto niguna violación así en el mundo de la imagenen el espejo. El mundo y su imagen especular eran descripciones igualmente válidas de la naturaleza. Todo lo que pasase en el espacio especular podía, en principio y en la práctica, reproducirse en el laboratorio. La paridad era útil. Nos ayudaba a clasificar los estados moleculares, atómicos y nucleares. Además, ahorra trabajo. Por ejemplo, si un ser humano perfecto y desnudo está a medias oculto por una pantalla vertical, con estudiar la mitad que se ve se sabe en muy buena medida qué hay detrás de la pantalla. ¡Esas es la poesía de la paridad!

“El primer físico que recogió el guante fue la Dra. Chien-Shiug Wu, profesora de física de la Universidad de Columbia, amiga de Yang y Lee, famosa por sus trabajos sobre las interacciones débiles y por el cuidado y la elegancia con que realizaba sus experimentos. El experimento planeado por la Dra. Wu implicaba la desintegración beta del cobalto 60, un isótopo del cobalto muy radioactivo que emite electrones. Cuando se enfría el cobalto 60 cerca del cero absoluto y se aplica un campo magnético que alinee estos átomos se espera que se emitan tantos electrones en la dirección norte del campo magnético como en la dirección sur. Si se conserva la paridad.” Pero la paridad no se conserva y la Dra. Wu observó más electrones emitidos en la dirección sur que en la dirección norte. “El experimento se realizó a finales de 1956, pero no se anunció el resultado hasta el 15 de enero de 1957, de manos del físico Isador Rabi de la Universidad de Columbia, quien además incluyó resultados de otro experimento confirmatorio realizado con mesones mu por físicos de Columbia en los laboratorios del ciclotrón Nevis (Nueva York). Una tercera prueba fue realizada en la Universidad de Chicago usando mesones pi y mu. En todo el mundo los físicos empezaron a comprobar la paridad en otras interacciones débiles y en 1958 era evidente que la paridad era infringida en todas esas interacciones. El enigma “theta-tau” estaba resuelto. Solo hay un mesón K o kaón. La paridad no se conserva.”

De todos es bien conocido los trabajos de T.D. Yang que, en colobaración con Tsung Dao Lee, identificó una discreta simetría en la fuerza débil, llamada violación de la paridad. En 1956, ambos predijeron sobre bases teóricas, que el espín de las partículas provenientes de la desintegración Beta mostrarían una ligera preferencia por una dirección sobre la otra. Experimentos realizados, así lo confirmaron y les valió el Premio Nobel a Lee y Yang (aunque no a la doctara Wu por razones desconocidas). Aquello sirvió para atraer la atención sobre el hecho de que la Naturaleza, sea simétrica en algunos aspectos y asimétrica en otros.

 

    Interacción débil o fuerza nuclear débil

La interacción débil, también conocida como interacción nuclear débil, se acopla a un tipo de carga llamada sabor, que la poseen los quarks y los leptones. Esta interacción es la causante de los cambios de sabor en estas partículas, en otras palabras es la responsable que de quarks y leptones decaigan en partículas más livianas, además es la que produce desintegraciones beta. La teoría de Glashow-Weinberg-Salam estudia la interacción débil y la electrodinámica cuántica de manera unificada en lo que se llama Modelo electro débil.

Pero sigamos con la Doctara Wu. Cuando los fdísicos Lee y Yang pusieron entredicho la validez de la conservación de la paridad en ekl verano de 1956, Wu se puso manos a la obra de inmediato. Seleccionó como objeto de su estudio el núcleo radiactivo del inestable cobalto 60,que se convierte expontáneamente en un núcvleo de níquel, un neutrino y un electrón positivo (un positrón). Lo que uno “ve” es que el núcleo de Cobalto dispara súbitamente un electrón positivo. Esta forma de radiacitvidad recibe el nombre de desintegración beta, porque a los electrones, negativos o positivos, emitidos durante el proceso se los llama originalmente partículas beta. ¿Por qué pasa esto? Los físicos  lo llaman interacción débil y se refieren con ello a una fuerza que opera en la Naturaleza y genera esas reacciones.

Las fuerzas no solo empujan y tiran, atraen y repelen, sino que son también capaces de generar cambios de especie, como el proceso en el que el Cobalto se convierte en níquel y emite leptones. desde los años treinta se han atribuido un gran número de reacciones a la interacción débil. Fermi, aquel físico italiano fue el primero que dio forma matemática a la interacción débil, y gracias a ello predijo muchos detalles de reacciones del estilo de la que sufre el Cobalto 60.

       Tsung-Dao (T.D.) Lee                           Chen-Ning Franklin Yang

Así Lee y Yang, se remangaron y se pudieron al trabajo con esos tipos de reacciones como inspiración con las que podrían poner a prueba la simetría especular. De los resultados, escribieron un artículo meticulosamente detallado en relación a las reacciones probables, para que así, los estólidos experimentalistas pudieran poner a prueba la valides de la simetría especular. Wu ideó una versión de una de ellas, basada en la reacción del Cobalto. La clave de su plantamiento era que los núcleos de Cobalto -o por lo menos una fracción muy pequeña de ellos- girasen en el mismo sentido, lo cual, según ella, se garantizaba si se ponía la fuente de cobalto 60 a una temperatura muy baja.

Ambos comentaban más tarde: “Cuesta expresar hasta que punto conmocionaron los resultados obtenidos en estos experimentos a la comunidad científica. Habíamos puesto en entredicho una creencia muy querida -en realidad, la habíamos destruído-: que la Naturaleza exhibe una simetría especular.

A partir de aquello, en los años siguientes, se refutaron también otras simetrias. Aún así, el experimento alteró a muchos teóricos, entre ellos a Wolfgang Pauli, quien hizo famosa la afirmación; “No puedo creer que Dios sea un débil zurdo”. No quería decir que “Dios” tenía que ser diestro sino que, tenía que ser ambidiestro.

La reunión anual de la Sociedad Física Norteamericana atrajo a 2.000 físicos a la sala de baile del Hotel Paramount de Nueva York el 6 de febrero de 1957. Dicen que había gente colgadas hasta de las lámparas. El resultado de la ruptura de la simetria C.P., fue difundido por las partadas de los mejores periódicos de todo el mundo. El New York Times publicó el comunicado de prensa literalmente, con ilustraciones de partículas y espejos. Pero nada de todo eso podía compararse al sentimiento de euforiacuasi-mística que a las tres de la madrugada sintieron dos físicos en el momento en que descubrieron una nueva y profundad verdad.

Como decía Feynman: “El Placer de Descubrir”

emilio silvera

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Por ejemplo:

La quiralidad está a menudo asociada a la presencia de carbonos asimétricos. Un carbono asimétrico es aquel que se une a cuatro sustituyentes diferentes. Un ejemplo de carbono asimétrico lo tenemos en la molécula de Bromocloroyodometano. El carbono está unido a bromo, cloro, yodo e hidrógeno, cuatro sustituyentes diferentes que lo convierten en quiral o asimétrico. La molécula y su imagen en un espejo son diferentes, ningún giro permite superponerlas. La relación entre una molécula y su imagen especular no superponible es de enantiómeros.

En estos dibujos podemos ver la molécula de Bromocloroyodometano y su enantiómero reflejado en el espejo. No siempre la imagen del espejo refleja lo mismo que se ha puesto delante de él tratándo de reproducir lo mismo que el original muestra.

Si nos ponemos delante del espejo y hacemos como que apuntamos con una pistola que sostenemos con la mano derecha, a “nuestro yo” reflejado, veremos que, la imagen especular, como riéndose de nosotros, nos apunta con la izquierda. ¿Cómo ha podido suceder tal cosa? Resulta que la simetría especular se rompe en ciertos casos.

Nunca dejaremos de sorprendernos. Todo aquello que nos es desconocido causa en nosotros sos sentimientos: temor y asombro. El mundo cotidiano, el planeta en el que vivímos, nos muestra la Naturaleza tal como nosotros creemos que es y, a veces, nos hace exclamar:

 ¡Que mundo más hermoso, parece de verdad!

No todo lo que vemos es, necesariamente, un reflejo de la realidad de la Naturaleza que, puede tener escondidos más allá de nuestras percepciones, otros escenarios y otros objetos, a los que, por ahora, no hemos podido acceder, toda vez que, físicamente tenemos carencias, intelectualmente también, y, nuestros conocimientos avanzar despacio para conseguir nuevas máquinas y tecnologías más avanzadas que nos posibiliten “ver” lo que ahora nos está “prohibido” y, para ello, como nos dice la historia de la Humanidad, necesitamos energías de las que no disponemos.

Lo cierto es que todo está hecho de esas pequeñas partículas… Quarks y Leptones. Las estudiamos y observamos los comportamientos que en situaciones distintas puedan tener y, una de las cuestiones que resultó curioso constatar es que,   existen partículas subatómicas que podríamos llamar pares y otras que podríamos llamar impares, porque sus combinaciones y desintegraciones cumplen las mismas propiedades que la suma de enteros pares e impares. Una partícula de paridad par puede partirse en dos de paridad par, o en dos de paridad impar, pero nunca en una de paridad par y otra de paridad impar (esto implica la conservación de la paridad).

En 1927 el físico y matemático húngaro Eugene Wigner demostró que las partículas con paridad par poseían, en cierta forma, una simetría especular (izquierda derecha, como la letra M o el número 8). Una simetría que conserva ciertas propiedades mecanocuánticas de la partícula por cambio de signo de sus coordenadas espaciales. En 1963 le fue concedido el Premio Nobel “ por el descubrimiento y aplicación de los principios fundamentales de la simetría”. Mucho es lo que hemos hablado aquí de la simetría y lo importante que es en física.

La ley conocida como Interacción débil, no cumple con ciertas “leyes de la Física” tales como la conservación de la extrañeza y del isospín, aunque hay otras muchas leyes de conservación que sí respeta. Los físicos hablan muy a menudo de la conservación de la simetría. Una simetría muy importante, aunque simple, es la “simetría especular” oficialmente llamada “paridad”.

No, esta no es, la imagen especular de un neutrino, de hecho, ellos no tienen imagen especular.

La simetría especular se ha comprobado una y mil veces en el laboratorio. El nombre científico de la simetría especular es “Conservación de la Paridad”. Así las cosas, la historia que sigue nos habla de un descubrimiento importante, y también de cómo, el progreso a veces, trae consigo la muerte de una bella y exquisita teoría que ha sido destruída por la realidad, no siempre tan bonita.

Lo cierto es que, los profundos y fatigosos estudios que llevaron a cabo los físicos, dieron como resultado que una concepción muy profunda de la manera en que se comporta la Naturaleza está (débilmente) equivocada y, se pudo “ver” que, nuestro conocimiento de cómo está construído el Universo tenía que cambiar para siempre. Es cierto que, rfutar una teoría elegante nos puede llevar al desánimo y, nos puede llevar a pensar que la Naturaleza es más torpe de lo que habíamos imaginado. Pero lo cierto es que, en unos pocos días de trabajo en el mes de enero de 1957, en Irvingtong-on-Hudson, 33 kilómetros al norte de Nueva York, pa paridad cayó.

Antes de 1956, siempre se había supuesto que cualquier fenómeno  respetaba las mismas leyes físicas que su imagen especular. En consecuencia uno podría esperar que las partículas o haces de partículas chocan entre ellas de una forma que sea especularmente simétrica, la simetría especular se preservaría.

Los físicos aman la simetría por su belleza matemática e intuitiva. Tenemos múltiples ejemplos de simetría en el arte, tales como el Taj Majal o un templo griego: en la Naturaleza exhiben patrones  simétricos de gran belleza las conchas, los animales simples y los cristales de distintos tipos, y también la simetría bilateral casi perfecta del cuerpo humano. Las leyes de la Naturaleza contienen un rico conjunto de simetrías de las que, durante muchos años, al menos hasta enero de 1957, se pensço que eran absolutas y perfectas. Han sido inmensamente útiles para nuestros conocimientos de los cristales, las moléculas grandes, los átomos y las partículas.

A una de esas simetrías se le lamaba simetría especular, o conservación de la paridad, y afirmaba que la Naturaleza -las leyes de la física- no puede distinguir los suecesos del mundo real de los que se ven en el espejo. Durante mucho tiempo, los físicos han sabido que toda reacción entre partículas elementales obedece a una simetría que llamamos CPT. Esto significa que si miramos la partícula de una reacción, y luego vemos la misma reacción cuando (1) la miramos en un espejo, (2) sustituimos todas las partículas por antipartículas y (3) hacemos pasar la partícula hacia atrás, los resultados serán idénticos. En este esquema la P significa paridad (el espejo), la C significa conjugación de carga (poner las antipartículas) y T la reserva del Tiempo (pasar la partícula al revés).

Un alto en el camino para una explicación: Dado que la antimateria tiene la misma masa que la materia, es decir son de la misma magnitud y signo (la definición de masa es positiva siempre), el efecto gravitacional de la antimateria no debe ser distinto de la materia, es decir, siempre sera un efecto atractivo. Pero, ¿acaso no importa la equivalencia establecida de antipartícula viajando al futuro = partícula viajando al pasado?

La respuesta es sí. Dicha equivalencia proviene (precisamente) de la simetría CPT, y nos dice que la equivalencia entre las partículas y antipartículas no solo corresponde a realizar una transformación sobre la carga, sino también sobre la paridad y el tiempo. La carga no afecta la gravedad, pero la paridad y el tiempo si la afectan. En otras palabras, al modificarse el tiempo (poner el tiempo al reves) y el espacio (la paridad es “girar” el espacio), estamos alterando el espacio-tiempo, y como la teoría general de la relatividad lo afirma, es la geometría de este el que determina la gravedad. Pero, a la larga, la geometría vendrá dada por la cantidad de materia que el universo pueda contener.

Se pensaba que el mundo era simétrico respecto a CPT porque, al menos al nivel de las partículas elementales, era simétrico respecto a C, P y T independientemente. Ha resultado que no es este el caso. El mundo visto en un espejo se desvía un tanto del mundo visto directamente, y lo mismo sucede con el mundo visto cuando la partícula pasa al revés. Lo que sucede es que las desviaciones entre el mundo real y el universo en cada uno de esos casos se cancelan una a la otra cuando miramos las tres inversiones combinadas.

   También hay simetría en las ondas gravitatorias

Siguiendo con el tema que nos ocupa, lo cierto es que, es verdad que el mundo es casi simétrico respecto a CP actuando solos y a T actuando solo; es decir, que el mundo es casi el mismo si lo miran en un espejo y sustituyen las partículas por antipartículas que si lo miran directamente. Este “casi” es lo que preocupa a los físicos. ¿Por qué son las cosas casi perfectas, pero les falta algo?

Los neutrinos siempre nos han dado dolor de cabeza. Su ponemos nuestras manos delante un espejo, ahí las veremos reflejadas. Si de la misma manera, pudiéramos poner dos neutrinos delante del espejo de al lado, eso veríamos: NADA. El descubrimiento de que muchas partículas no se parecían en nada a sus respectivas imágenes especulares fue realizado por dos físicos chinos, Tsung Dao Lee y Chen Ning Yang, algún tiempo después de haber emigrado a los EE UU. Resultó que la Interacción débil distinguía entre derecha e izquierda. Esto es más claro en el caso del neutrino.

Los neutrinos v_e y v_µ como el fotón, no tienen masa en reposo y, por lo tanto, se mueven siempre a la velocidad de la luz. Los neutrinos también rotan con un espín ½. Si definimos el “polo norte” y el “polo sur” igual que se definen en la Tierra. Los neutrinos son especiales porque siempre tienen el polo sur enfrente de ellos y el polo norte detrás. Nunca se han observados neutrinos para los cuales esto no sea así.

La física sueca Cecilia Jarlskog comparó a los neutrinos con los vampiros porque no tienen imagen especular. Su imagen especular es un imposible físico. Ciertamente, cuando nos adentramos en los secretos de la mecánica cuántica, podemos constatar que, nuestro mundo, no es tal como lo vemos y, la realidad de la Naturaleza a veces, difiere de la nuestra.

Recordémos la dualidad onda-partícula, en el que se aprecia cómo un mismo fenómeno puede ser percibido de dos modos distintos, fue uno de los problemas filosóficos que planteó la mecánica cuántica. Tratándo sobre mecánica cuántica podríamos hablar de la filosofía de la física pero, nunca de la Física como filosofía.

A todo esto, tendremos que convenir en que, nosotros, no somos capaces de deducir las propiedades de un escarabajo utilizando el modelo estándar y esto nunca va a cambiar. Imaginemos un examen de la siguiente cuestión:

Calcula el número de segmentos del Aselluz aquaticus a partir del modelo estándar. Se puede utilizar la lista adjunta para la masa de Higgs y los parámetros que violan la CP…

Nunca se podrá resolver tal tipo de problemas, ni es la intención de los Físicos Teóricos sugerir que ellos pueden hacer la labor de los Biólogos o la de los miembros de cualquier otra disciplina que no sea la Física. Lo que afirman es que las fuerzas de la Naturaleza responsables del número de segmentos de esas criaturas son conocidas, pero que el efecto es incalculable. A duras penas somos capaces de calcular los efectos de las fuerzas fundamentales en un simple hadrón tal como el protón (¡los resultados están a menudo desviados más de un cincuenta por ciento!), así que imagínese cuan imposible se hace la complejidad de un sistema formado por los 10²² átomos con la forma de un escarabajo.

¡Qué extraño es todo esto!

¡Y pensar que todas las respuestas están en la verdadera naturaleza de la luz! Ese último estado de la materia que es pura energía. Y, ya puestos a imaginar,  también podríamos pendsar que las cuerdas, esas briznaz vibrantes de infinitesimal tamaño que se cree están más allá de los Quarks, también ellas, en esencia, son luz. Si una cuerda es billones de veces más pequeña que un átomo. Si agrandáramos un átomo al tamaño de nuestro sistema solar, una cuerda sería como un árbol. ¡Qué fantástica idea!

Once dimensiones, universos paralelos, y un mundo hecho de cuerdas o filamentos vibrantes que vendrían a ser los objetos más pequeños del Universo. Claro que, no sabemos de qué estará formada la tan cacareada “materia oscura” ( si es que finalmente existe). Lo cierto es que, la Naturaleza, además de que es bella, es también !asombrosa! ¿Estábamos hablando de simetría?

La Simetría de la Naturaleza nos rodea por todas partes y, a nuestro alrededor, mirémos donde podamos mirar, allí está presente y, sin embargo, de ninguna manera son manifiestas todas las simitrías de la Naturaleza. Vivímos en un mundo imperfecto, en el que muchas de las simetrías que aparecen en las ecuciones de la física están rotas.

Como más arriba se dice, antes de enero de 1957 no se había visto niguna violación así en el mundo de la imagenen el espejo. El mundo y su imagen especular eran descripciones igualmente válidas de la naturaleza. Todo lo que pasase en el espacio especular podía, en principio y en la práctica, reproducirse en el laboratorio. La paridad era útil. Nos ayudaba a clasificar los estados moleculares, atómicos y nucleares. Además, ahorra trabajo. Por ejemplo, si un ser humano perfecto y desnudo está a medias oculto por una pantalla vertical, con estudiar la mitad que se ve se sabe en muy buena medida qué hay detrás de la pantalla. ¡Esas es la poesía de la paridad!

“El primer físico que recogió el guante fue la Dra. Chien-Shiug Wu, profesora de física de la Universidad de Columbia, amiga de Yang y Lee, famosa por sus trabajos sobre las interacciones débiles y por el cuidado y la elegancia con que realizaba sus experimentos. El experimento planeado por la Dra. Wu implicaba la desintegración beta del cobalto 60, un isótopo del cobalto muy radioactivo que emite electrones. Cuando se enfría el cobalto 60 cerca del cero absoluto y se aplica un campo magnético que alinee estos átomos se espera que se emitan tantos electrones en la dirección norte del campo magnético como en la dirección sur. Si se conserva la paridad.” Pero la paridad no se conserva y la Dra. Wu observó más electrones emitidos en la dirección sur que en la dirección norte. “El experimento se realizó a finales de 1956, pero no se anunció el resultado hasta el 15 de enero de 1957, de manos del físico Isador Rabi de la Universidad de Columbia, quien además incluyó resultados de otro experimento confirmatorio realizado con mesones mu por físicos de Columbia en los laboratorios del ciclotrón Nevis (Nueva York). Una tercera prueba fue realizada en la Universidad de Chicago usando mesones pi y mu. En todo el mundo los físicos empezaron a comprobar la paridad en otras interacciones débiles y en 1958 era evidente que la paridad era infringida en todas esas interacciones. El enigma “theta-tau” estaba resuelto. Solo hay un mesón K o kaón. La paridad no se conserva.”

De todos es bien conocido los trabajos de T.D. Yang que, en colobaración con Tsung Dao Lee, identificó una discreta simetría en la fuerza débil, llamada violación de la paridad. En 1956, ambos predijeron sobre bases teóricas, que el espín de las partículas provenientes de la desintegración Beta mostrarían una ligera preferencia por una dirección sobre la otra. Experimentos realizados, así lo confirmaron y les valió el Premio Nobel a Lee y Yang (aunque no a la doctara Wu por razones desconocidas). Aquello sirvió para atraer la atención sobre el hecho de que la Naturaleza, sea simétrica en algunos aspectos y asimétrica en otros.

 

    Interacción débil o fuerza nuclear débil

La interacción débil, también conocida como interacción nuclear débil, se acopla a un tipo de carga llamada sabor, que la poseen los quarks y los leptones. Esta interacción es la causante de los cambios de sabor en estas partículas, en otras palabras es la responsable que de quarks y leptones decaigan en partículas más livianas, además es la que produce desintegraciones beta. La teoría de Glashow-Weinberg-Salam estudia la interacción débil y la electrodinámica cuántica de manera unificada en lo que se llama Modelo electro débil.

Pero sigamos con la Doctara Wu. Cuando los fdísicos Lee y Yang pusieron entredicho la validez de la conservación de la paridad en ekl verano de 1956, Wu se puso manos a la obra de inmediato. Seleccionó como objeto de su estudio el núcleo radiactivo del inestable cobalto 60,que se convierte expontáneamente en un núcvleo de níquel, un neutrino y un electrón positivo (un positrón). Lo que uno “ve” es que el núcleo de Cobalto dispara súbitamente un electrón positivo. Esta forma de radiacitvidad recibe el nombre de desintegración beta, porque a los electrones, negativos o positivos, emitidos durante el proceso se los llama originalmente partículas beta. ¿Por qué pasa esto? Los físicos  lo llaman interacción débil y se refieren con ello a una fuerza que opera en la Naturaleza y genera esas reacciones.

Las fuerzas no solo empujan y tiran, atraen y repelen, sino que son también capaces de generar cambios de especie, como el proceso en el que el Cobalto se convierte en níquel y emite leptones. desde los años treinta se han atribuido un gran número de reacciones a la interacción débil. Fermi, aquel físico italiano fue el primero que dio forma matemática a la interacción débil, y gracias a ello predijo muchos detalles de reacciones del estilo de la que sufre el Cobalto 60.

       Tsung-Dao (T.D.) Lee                           Chen-Ning Franklin Yang

Así Lee y Yang, se remangaron y se pudieron al trabajo con esos tipos de reacciones como inspiración con las que podrían poner a prueba la simetría especular. De los resultados, escribieron un artículo meticulosamente detallado en relación a las reacciones probables, para que así, los estólidos experimentalistas pudieran poner a prueba la valides de la simetría especular. Wu ideó una versión de una de ellas, basada en la reacción del Cobalto. La clave de su plantamiento era que los núcleos de Cobalto -o por lo menos una fracción muy pequeña de ellos- girasen en el mismo sentido, lo cual, según ella, se garantizaba si se ponía la fuente de cobalto 60 a una temperatura muy baja.

Ambos comentaban más tarde: “Cuesta expresar hasta que punto conmocionaron los resultados obtenidos en estos experimentos a la comunidad científica. Habíamos puesto en entredicho una creencia muy querida -en realidad, la habíamos destruído-: que la Naturaleza exhibe una simetría especular.

A partir de aquello, en los años siguientes, se refutaron también otras simetrias. Aún así, el experimento alteró a muchos teóricos, entre ellos a Wolfgang Pauli, quien hizo famosa la afirmación; “No puedo creer que Dios sea un débil zurdo”. No quería decir que “Dios” tenía que ser diestro sino que, tenía que ser ambidiestro.

La reunión anual de la Sociedad Física Norteamericana atrajo a 2.000 físicos a la sala de baile del Hotel Paramount de Nueva York el 6 de febrero de 1957. Dicen que había gente colgadas hasta de las lámparas. El resultado de la ruptura de la simetria C.P., fue difundido por las partadas de los mejores periódicos de todo el mundo. El New York Times publicó el comunicado de prensa literalmente, con ilustraciones de partículas y espejos. Pero nada de todo eso podía compararse al sentimiento de euforiacuasi-mística que a las tres de la madrugada sintieron dos físicos en el momento en que descubrieron una nueva y profundad verdad.

Como decía Feynman: “El Placer de Descubrir”

emilio silvera

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Queremos llegar hasta las entrañas mismas del Universo para desenterrar los secretos profundamente escondidos. No existen dudas al respecto, la tarea es descomunal, imposible para nuestra civilización de hoy, ¿pero y la de mañana?, ¿no habrán vencido todas las barreras? Creo que el hombre es capaz de plasmar en hechos ciertos todos sus pensamientos e ideas, sólo necesita tiempo: El Tiempo siempre estará pero, ¿Y nosotros?

Muchos son los secretos del Universo que deseamos desvelar

Necesitaremos paciencia, mucha curiosidad que satisfacer y estar dispuesto a realizar el trabajo necesario. Cuando en 1.900, Max Planck, el físico alemán escribió un artículo sobre la radiación de cuerpo negro que él decía emitirse en paquetes discretos, no continuos, a los que llamó “cuantos”, nadie fue capaz de suponer que allí estaba la semilla de lo que más tarde se conocería como la Teoría de la Mecánica Cuántica que describía a la perfección el sistema matemático que nos descubrió el universo del átomo, de lo muy pequeño, infinitesimal. Por los años de 1.925 y 1.926, Edwin Schrödinger, Werner Heisemberg y otros muchos desarrollaron esta teoría que derribó las barreras de creencias firmes durante siglos.

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Es realmente maravilloso que podamos haber llegado, en el extremo de las escalas, hasta esos mundos fantáscitos que nos proporcionan los “universos” de lo muy pequeño y de lo muy grande. Lo más cotidiano para nosotros es lo que se encuentra en el macro mundo, lo que se interrelaciona directamente con nosotros, lo que podemos ver y tocar. Sin embargo, ahí está ese otro “mundo” que se nos escapa a los sentidos pero que es, tan real como el otro. Es el espacio que describe la mecánica cuántica y que nos habla de maravillas y procesos asombrosos que son, tan reales como los que contemplamos a nuestro alrededor.

No podemos ver todo lo que existe. Sin embargo, no por estar fuera de nuestra visión deja de existir, ahí está formando parte de ese otro mundo que se nos escapa, al que nuestras percepciones directas, nuestros sentidos, no pueden llegar pero que henmos podido alcanzar a “ver” mediante los ingenios que hemos podido inventar para acceder, de manera indirecta, a ese espacio que se escapa de nosotros por su pequeñez y que, no por ello deja de tener una gran importancia para nosotros y para todo el mundo que nos rodea, de hecho, de esas “pequeñas cositas” resulta estar hecho el Universo. He leído por ahí:

“La mayor parte de la gente desconoce que la mecánica cuántica, es decir, el modelo teórico y práctico dominante hoy día en el ámbito de la ciencia, ha demostrado la interrelación entre el pensamiento y la realidad. Que cuando creemos que podemos, en realidad, podemos. Sorprendentes experimentos en los laboratorios más adelantados del mundo corroboran esta creencia.

El estudio sobre el cerebro ha avanzado mucho en las últimas décadas mediante las tomografías.

Conectando electrodos a este órgano, se determina donde se produce cada una de las actividades de la mente. La fórmula es bien sencilla: se mide la actividad eléctrica mientras se produce una actividad mental, ya sea racional, como emocional, espiritual o sentimental y así se sabe a qué área corresponde esa facultad.

Estos experimentos en neurología han comprobado algo aparentemente descabellado: cuando vemos un determinado objeto aparece actividad en ciertas partes de nuestro cerebro…. pero cuando se exhorta al sujeto a que cierre los ojos y lo imagine, la actividad cerebral es ¡idéntica! Entonces, si el cerebro refleja la misma actividad cuando “ve” que cuando “siente”, llega la gran pregunta: ¿cuál es la Realidad?

“La solución es que el cerebro no hace diferencias entre lo que ve y lo que imagina porque las mismas redes neuronales están implicadas; para el cerebro, es tan real lo que ve como lo que siente”, afirma el bioquímico y doctor en medicina quiropráctica, Joe Dispenza en el libro “¿y tú qué sabes?”. En otras palabras, que fabricamos nuestra realidad desde la forma en que procesamos nuestras experiencias, es decir, mediante nuestras emociones.”

La mecánica cuántica que conocemos en nuestros días se ha conseguido gracias a la suma de muchos esfuerzos y sería preciso entrar en la historia pasada de esta disciplina que investiga como es el mundo, como funciona la Naturaleza, para saber como se llegó a moldear esos conocimientos que nos llevan al “universo” de lo infinitesimal, de los objetos más pequeños pero que, sin ellos, no podrían existir los más grandes. Ninguna duda nos puede caber ya sobre el hecho cierto de que, la mecánica cuántica, es una de las ramas principales de la Física y está entre uno de los más grandes avances del pasado siglo XX en lo que al conocimiento humano del mundo se refiere. Nos explica el comportamiento de la materia-energía y, de hecho, sin esos conocimientos hubiera sido imposible alcanzar el nivel tecnológico del que hoy podemos disfrutar.

Un día de 1900, Max Planck escribió un artículo de ocho páginas que cambió el mundo de la física. En él nos habló del cuanto, unos pequeños paquetes de energía que eran emitidos por los cuerpoos calientes y, dejó sembrada la semilla de un árbol que no ha dejado de crecer desde entonces. Más tarde llegó Einstein que inspirado en aquel trabajo de Planck, fue un poco más allá y realizó aquel famoso trabajo conocido del Efecto fotoeléctrico. Desde entonces, los físicos no dejaron de ampliar y desarrollar las bases de nuestros conocimientos actuales.

La estructura de las fuerzas familiares como la Gravedad y el magnetismo fueron desarrolladas relativamente temprano. Todos conocemos la historia de Newton y sus trabajos y que, mucho después, dejó perfeccionado Einstein en relación a la fuerza gravitatoria. Las fuerzas electromagnéticas se determinaron también bastante pronto pero, no fue hasta 1927 cuando Dirac realizaría los primeros cálculos cuánticos de interacción de la radiación con la materia y en los años cuarenta y cincuenta gracias a los trabajos de, entre otros, Schwinger y Feynman, se construyó una teoría (electrodinámica cuántica) compatible con los principios básicos de la relatividad y la mecánica cuántica y con una capacidad predictiva asombrosa. Se han conseguido comprender éstos fenómenos, podríamos decir que al nivel de un acuerdo entre los cálculos teóricos y los resultados experimentales de más de diez cifras decimales, y, tal cosa, amigos míos, es un inmenso logro de la mente humana.

No podríamos comprender el macrocosmos sin haber descubierto antes que, en realidad, está fuertemente ligado al microcosmos, a la física subnuclear, ese mundo de lo muy pequeño que, cuando se profundiza en él, nos habla del futuro dinámico del universo y se comienza a ver con claridad como aquellas cuestiones antes no resultas, están ahí, ante nuestros ojos y para que nuestras mentes la puedan entender gracias a la dinámica activa de ese ámbito que resulta ser el campo de las partículas elementales y las fuerzas que con ellas actúan.

Las interacciones débiles y las interacciones fuertes, por su profunda lejanía, tardaron en ser comprendidas. Está claro que, el corto alcance en el que se desarrollan imposibilitaron bastante su hallazgo. Antes, los físicos no tenían acceso al mundo subatómico al que más tarde pudieron entrar de la mano de los microscopios electrónicos, los grandes aceleradores y otros ingenios de increíble alcance y precisición. Así que, a diferencia de lo que pasó con la Gravedad y el electromagnetismo, no se partía de una teoría clásica bien establecida, de manera que se tuvo que construir directamente, una teoría cuántica y relativista de ambas interacciones: la interacción nuclear débil y la interacción nuclear fuerte.

La empresa de comprender aquellas interacciones fue ardua y se tuvo que esperar hasta los año setenta para encontrar las teorías correctas y completas. En estos años se produjeron, primero la demostración por el holandés Gerard ´t Hooft, culminando los trabajos de su mentor, el también holandés, Martinus Veltman, de la autoconsistencia (llamada, por motivos técnicos, renormalización) de las teorías propuestas fenomenológicamente por Glashow, Wienberg y Salam para interacciones débiles; y segundo, el descubrimiento de la propiedad de libertad asintótica (por Gross, Wilczek y Plotzer) de las interacciones fuertes. Ambos grupos consiguieron el Nobel, pero los tres últimos no vieron premiados sus esfuerzos hasta 30 años después, en 2004, cuando se había comprobado de manera suficiente la veracidad de sus predicciones sobre la libertad de los Quarks en su confinamiento, cuando éstos, están juntos y los Gluones, se comportan como si no estuvieran allí, sólo actúan cuando tratan de separse.

En 1973, Wilczek, un estudiante graduado trabajando con David Gross en la Universidad de Princeton, descubrió la libertad asintótica que afirma que mientras más próximos estén los quarks menor es la interacción fuerte entre ellos; cuando los quarks están extremadamente próximos la interacción nuclear entre ellos es tan débil que se comportan casi como partículas libres.

Estosd avances hicieron posible obtener teorías consistentes con la relatividad y la mecánica cuántica de ambos tipos de interacciones; teorías que, además han superado con éxito las muchas confrontaciones experimentales que han sido realizadas hasta nuestros días. Aunque no hay ni cálculos teóricos, ni resultados experimentales tan exactos como en el caso de la electrodinámica cuántica, es cierto que el nivel de precisión de los cálculos con interacciones débiles llegan a cuatro y más cifras significativas y, para interacciones fuertes, estamos alcanzando el nivel del uno por ciento.

La Interacción gravitatoria que se deja notar  en las grandes estructructuras se hace presente y se deja sentir, podemos ver como funciona y cuáles son sus consecuencia. Sin embargo, en el mundo de lo muy pequeño, esta interacción, continúa siendo la cenicienta en lo que se refiere a la comprensión de la estructura microscópica y la incidencia que la interacción gravitatoria pueda tener ahí y, curiosamente, es la interacción que se conoce desde hace mucho tiempo y sabemos, perfectamente de su funcionamiento en ese ámbito de lo muy grande pero, hace mutis por el foro cuando nos acercamos al mundo de las partículas, de la mecánica cuántica. Por eso se habla tanto de que necesitamos una teoría cuántica de la gravedad.

No tenemos información alguna de la fuerza de Gravedad a nivel experimental sobre la interacción gravitatoria a cortas distancias, donde sólo se puede llegar a través de inmensas energías. A lo más que hemos podido llegar es a experimentos del tipo realizado por Eötvös, midiendo la interacción gravitatoria entre dos cuerpos a distancias del orden del centímetro: las interacciones gravitatorias entre partículas elementales (quarks, electrones o incluso núcleos) es tan minúscula que son pocas las esperanzas de poderlas medir…por ahora ni en muchom tiempo futuro, y, siendo así (que lo es), nos tenemos que dedicar a emitir conjeturas y a especular con lo que podría ser.

En el siglo XIX se consiguió uno e los logros más impresionantes que nunca pudo alcanzar la Humanidad. ¡La comprensión de los fenómenos electromagnéticos. Comprensión en la que participaron (como casi siempre) muchos científicos, entre los que podemos destacar a dos británicos: el inglés Muchael Faraday, responsable de una buena parte de la investigación y de los conceptos experimentales (de él es el concepto de campo que tan importante sería para la Física), y, el escocés James Clerk Maxwell al que le debemos la síntesis teórica que condensó en unas pocas ecuaciones fundamentales, de las propiedades de las interacciones electromagnéticas a nivel clásico, esto es, macroscópico.

Los fenómenos electromagnéticos tal y como se entendían a finales del siglo XIX, se suponían debidos a la fuerza que una carga eléctrica ejerce sobre otra: tanto si las cargas son estáticas (y entonces la fuerza viene dada por la conocida ley de Coulomb) como si están en movimiento, situación en la que se generan campos magnéticos. Las vibraciones de estos campos electromagnéticos se suponían propagándose por el éter (el “éter luminífero”) y la luz se identificaba como un caso particular de estas vibraciones electromagnéticas. La corriente eléctrica se interpretaba como una especie de fluido: recuérdese que, todavía en 1896, Lord Kelvin defendía esta naturaleza continua de la electricidad.

Lo que supuso el descubrimiento de la luz eléctrica para la Humanidad, aunque ahora lo podamos ver como cosa trivial y cotidiana, en realidad vino a cambiar el mundo que se vio de pronto, sacado bruscamente de la penunmbra para sumergirse en la más maravillosa claridad del día artificial. Aquello supuso un cambio enorme para muchos de los ámbitos sociales en las ciudades y, no digamos, más tarde, en el de los hospitales, laboratorios y también en el más cotidiano mundo doméstico.

Está claro que la luz es algo tan importante enn nuestras vidas que, sin ella, nos encontramos desamparados, desnudos y, si nos referimos a la natural, la que nos manda el Sol, la cosa sería más grave ya que, sin  ella, no podríamos estar aquí. De todo esto, como de cualquiera de los temas de Física que pudiéramos escoger al azar, nos podríamos estar hablando durante años…¡es tan fascinante! ¡son tan maravillosos! todos esos conocimientos que, de alguna manera, nos acercan a que podamos comprender en funcionamiento del mundo y nos cuentan el por qué ocurren las cosas de la, manera en que la vemos que pasan. Muchas son las historias que se podrían contar de todos estos sucesos que, por el camino de los descubrimientos tuvimos que recorrer.

La teoría cuántica, recordémoslo, afirma que para todo objeto existe una función de onda que mide la probabilidad de encontrar dicho objeto en un cierto punto del espacio y del tiempo. La teoría cuántica afirma también que nunca se conoce realmente el estado de una partícula hasta que se haya hecho una observación. Antes de que haya una medida, la partícula puede estar en uno de entre una diversidad de estados, descritos por la función de onda de Schrödinger. Por consiguiente, antes de que pueda hacerse una observación o medida, no se puede conocer realmente el estado de la partícula. De hecho, la partícula existe en un estado ultramundano, una suma de todos los estados posibles, hasta que se hace una medida.

Cuando esta idea fue propuesta por primera vez por Niels Bohr y Werner Heisemberg, Einstein se revolvió contra ella. “¿Existe la luna sólo porque la mira un ratón?“, le gustaba preguntar. Según la teoría cuántica, en su más estricta interpretación, la Luna, antes de que sea observada, no existe realmente tal como la conocemos.

“La Luna puede estar, de hecho, en uno cualquiera de entre un número infinito de estados, incluyendo el estado de estar en el cielo, de estar explotando, o de no estar allí en absoluto. Es el proceso de medida que consiste en mirarla el que decide que la Luna está girando realmente alrededor de la Tierra“.

Decía Einstein con ironía.

Edwin Schrödinger, autor de la ecuación con su función de onda, se disgustó con estas interpretaciones de su ecuación. Para demostrar lo absurdo de la situación creada, Schrödinger colocó un gato imaginario en una caja cerrada. El gato estaba frente a una pistola, que está conectada a un contador Geiger, que a su vez está conectado a un fragmento de uranio. El átomo de uranio es inestable y sufrirá una desintegración radiactiva. Si se desintegra un núcleo de uranio, será detectado por el contador Geiger que entonces disparará la pistola, cuya bala matará al gato.

Para decidir si el gato está vivo o muerto, debemos abrir la caja y observar al gato. Sin embargo, ¿cuál es el estado del gato antes de que abramos la caja? Según la teoría cuántica, sólo podemos afirmar que el gato está descrito por una función de onda que describe la suma de un gato muerto y un gato vivo.

Para Schrödinger, la idea de pensar en gatos que no están ni muertos ni vivos era el colmo del absurdo, pero la confirmación experimental de la mecánica cuántica nos lleva inevitablemente a esta conclusión. Hasta el momento, todos los experimentos han verificado, favorablemente, la teoría cuántica.

La paradoja del gato de Schrödinger es tan extraña que uno recuerda a menudo la reacción de Alicia al ver desaparecer el gato de Cheshire en el centro del cuento de Lewis Carroll: “Allí me verás“, dijo el Gato, y desapareció, lo que no sorprendió a Alicia que ya estaba acostumbrada a observar cosas extrañas en aquel lugar fantástico. Igualmente, los físicos durante años se han acostumbrados a ver cosas “extrañas” en la mecánica cuántica.

                      La Mecánica cuántica, es , más fascinante el el Pais de las Maravillas de Alicia

Existen varias maneras de abordar esta dificultad de lo incomprensible en mecánica cuántica. En primer lugar, podemos suponer que Dios existe. Puesto que todas las “observaciones” implican un observador, entonces debe haber alguna “conciencia” en el universo. Algunos físicos como el premio Nobel Eugene Wigner, han insistido en que la teoría cuántica prueba la existencia de algún tipo de conciencia cósmica universal.

La segunda forma de tratar la paradoja es la preferida por la gran mayoría de los físicos en activo: ignorar el problema.

El físico Richard Feynman dijo en cierta ocasión: “Creo que es justo decir que nadie comprende la mecánica cuántica. No siga diciéndose a sí mismo, si puede evitarlo, “¿pero cómo puede ser así?” porque usted se meterá “hasta el fondo” en un callejón sin salida del que nadie ha escapado. Nadie sabe como puede ser eso“. De hecho, a menudo se ha dicho que de todas las teorías propuestas en el siglo XX, la más absurda es la teoría cuántica. Algunos dicen que la única cosa que la teoría tiene a su favor es que “es indudablemente correcta”.

            ¿Siempre será parte del misterio?

Sin embargo, existe una tercera forma de tratar esta paradoja, denominada teoría de los muchos universos. Esta teoría (como el principio antrópico) no gozó de mucho favor en la última década, pero está siendo revitalizada por la función de onda del universo de Stephen Hawking.

Pero, bueno… ¿cómo he llegado hasta aquí? Es cierto que… ¡Los senderos de la Física te pueden llevar a tántos sitios…!

emilio silvera

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