Sabemos que la paridad no se conserva; que en nuestra galaxia existen fuerzas causantes de torsión o asimetría en determinadas interacciones entre partículas. Hay razones de peso para creer que en galaxias de antimateria tales torsiones tendrían sentido contrario. Sabemos que al menos un tipo de partícula, el neutrino, en cada una de sus cuatro inexplicables formas, tiene estructura asimétrica. Por qué la inversión de la carga eléctrica habría de permutar también derecha e izquierda, es algo que nadie sabe. La hipótesis de que el propio espacio sea asimétrico suscita graves objeciones. No menos graves dificultades se presentan al tratar de explicar la existencia de carga positiva y negativa por inversiones de lateralidad derecha-izquierda en estructuras asimétricas estables. La hipótesis de que la reflexión especular de la materia, en el sentido de pura inversión de la orientación espacial, pueda también invertir la carga eléctrica, no es por el momento más que una expectativa bienintencionada.
En su espléndido librito sobre partículas elementales (Elementary Particles, Princeton University, 1962) Yang nos recuerda la sorpresa de Mach al observar por vez primera el comportamiento asimétrico de una aguja magnética en el campo que rodea a una corriente de electricidad. El misterio se esclareció, señala Yang, y la simetría quedó restablecida cuando se alcanzó a comprender más profundamente la estructura de la materia. En nuestros días, los físicos confían en que los misterios de la lateralidad y de la carga eléc- trica acabarán desvaneciéndose cuando se logre una comprensión todavía más profunda de la estructura. “Hay ruedas dentro de las ruedas, opinaba Teller en una conferencia pronunciada en 1957, pero la auténtica sorpresa que nos reserva la estructura se deberá a que inesperadamente, y tras muchos pasos intermedios, el todo se nos aparecerá con notoria sencillez.”
En lugar de simplificarse, la situación se complicó súbitamente en 1964. Ese año, un grupo de físicos de la Universidad de Princeton dio con pruebas de que otra de las leyes básicas de la simetría, la invariancia del tiempo, parecía ser también violada en ciertas interacciones débiles.
Para comprender las fantásticas implicaciones de este nuevo descubrimiento, tendremos que retroceder un poco en nuestro relato y examinar la violación de la paridad a la luz de un teorema fundamental de simetría conocido por teorema CPT. La C indica la carga eléctrica (positiva o negativa), la P, la paridad (izquierda o derecha), y la T, el tiempo (progresivo o regresivo). El teorema CPT afirma que, en todo proceso natural, si las tres simetrías experimentan inversión, el resultado es un proceso natural, que puede darse, y que sería indistinguible en todos los demás aspectos del proceso primitivo. Por “inversión temporal” los físicos entienden nada más que la inversión del sentido en que se mueven las partículas (u ondas). Una inversión CPT de un vaso de leche equivaldría a que todas
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sus cargas eléctricas cambiasen de signo (convirtiéndose así en antileche), a que su estructura sufriera una inversión de orientación, como si quedase reflejada en un espejo, y todos los movimientos cambiaran de dirección. Expresado con mayor veracidad, como experimento de laboratorio, el teorema CPT diría lo siguiente: tomemos un microacontecimiento, descrito por el enunciado que contiene los términos C, P y T. y ciertas probabilidades. Cada uno de los términos va precedido de un signo más (+) o menos (-), para indicar su lateralidad, su carga, y el sentido de su progresión temporal. Cambiemos los tres signos, sin tocar para nada las probabilidades. El nuevo enunciado descubre un acontecimiento posible, a nivel microcósmico, en la naturaleza.
Antes de descubrirse la violación de la paridad, los físicos estaban convencidos de que si cambiara sólo uno de los signos, la nueva expresión continuaría describiendo aún algo factible por la naturaleza. La antileche sería idéntica a la leche, salvo por la inversión de su carga eléctrica. La leche reflejada seguiría siendo leche, aunque su estructura geométrica tuviera orientación contraria. La leche tiempo-retrógrada, cuyas partículas se moverían todas marcha atrás, también sería leche inalterada. Se creía que todas las leyes fundamentales de la física eran tales que, si en cualquier descripción matemática de un acontecimiento se invertía el sentido de progresión del tiempo, se dispondría aún de la descripción matemática de algo observable.
“Las leyes (fundamentales) de la naturaleza son indiferentes respecto al sentido de progresión del tiempo”, enunciaba Sir Arthur Eddington en 1927. “No hay más diferencia entre futuro y pasado que entre derecha e izquierda.”
La violación del principio de paridad fue una sorpresa, pero la simetría global del Universo quedó rápidamente restablecida por el descubrimiento de que la inversión de paridad ha de ir acompañada de inversión de carga. Existen, o pueden existir, galaxias de antimateria idénticas a la nuestra en todos los aspectos, excepto en que están invertidas respecto a la nuestra por lo que los físicos llaman un espejo CP, un imaginario “espejo” que transpone simultáneamente los signos de las cargas, y la paridad.
Los experimentos de Princeton de 1964 se referían a interacciones débiles en las cuales se violaba la simetría CP. Dicho con otras palabras, al ser permutadas simultáneamente las paridades y los signos de las cargas, el acontecimiento resultante no resultaba ser un duplicado exacto del primitivo. Las implicaciones de tal hecho son enormes, pues ahora la única forma de preservar la simetría CPT seria admitir que tampoco se conserva la invariancia del tiempo. El lector puede ver una explicación del razonamiento que respalda tal aserto en cualquiera de estos tres artículos, publicados en Scientific American, Eugene P. Wigner. “Violations of Symmetries in Physics”, (diciembre de 1965); Oliver E. Overseth. “Experiments in Time Reversal” (octubre de 1969); o mi propia reseña, más modesta. ¿Can Time Go Backward?" (enero de 1967).
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Lo explicaba yo con las tres piezas de un sencillo rompecabezas. Imaginemos un cuadrado dividido en tres rectángulos idénticos (figura 67, izquierda) que representan C. P y T. El cuadrado presenta simetría bilateral, y lo mismo los rectángulos. Al voltear (o lo que es igual, al reflejar en un espejo) cualquiera de los rectángulos, tal pieza seguirá encajando en el cuadrado, porque su forma no sufre modificación. La figura simbólica como imaginaban los físicos C. P y T antes de 1957.
El descubrimiento de la violación de la paridad (P) está indicado en nuestro modelo por la asimetría de la pieza P. Si dejásemos inalteradas C y T. la asimetría de P violaría claramente la simetría CPT. ¿Por qué? Porque no habría forma de ensamblar las tres piezas y componer con ellas un todo que permaneciera invariable al ser reflejado en el espejo.
Fig. 67. Explicación, mediante un rompecabezas, de por qué la violación de la simetría CP conlleva la violación de la simetría temporal (T).
La figura del centro muestra cómo preservaron los físicos la simetría CPT.
En los experimentos se vio que a veces también la simetría de carga (C) es violada. E n nuestro modelo, tal hecho se indica dándole a C forma asimétrica, aunque de modo que pueda acoplarse con la asimétrica P para crear un rectángulo simétrico más grande. La reflexión en un “espejo CP” que invierte conjuntamente la carga y la paridad, dejaría ahora invariable la forma compuesta por C y P. Al darle la vuelta al rectángulo CP seguiría encajando en el cuadrado, simétrico.
La tercera figura simboliza la reacción de los físicos tras la verificación, en 1964, de que tampoco la forma de CP era simétrica. ¿Cómo dejar a salvo la simetría del cuadrado CPT? Simplemente, suponiendo que la pieza es asimétrica lo mismo que las otras dos. En la tercera figura, si se diera la vuelta a una de las piezas, y a una de las parejas, la simetría total del conjunto quedaría violada. Pero si se diera la vuelta a la vez a las tres piezas trabadas entre sí, el cuadrado seguiría siendo un cuadrado. La simetría CPT quedaría preservada.
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Los físicos no habían observado directamente entonces, ni lo han hecho todavía, que T tenga forma tan curiosa. Pero al ver la extraña forma producida por la trabazón de C y P. y admitiendo que la simetría del sistema CPT haya de preservarse, la única solución era que también T fuera asimétrica. He aquí por qué los físicos dicen que las pruebas experimentales conllevan implícitamente la violación de la simetría temporal, pero que ésta no ha sido directamente observada. Por ello, todavía confían en que la reflexión en un mágico e imaginario “espejo CPT” dejará inalterados todos los procesos fundamentales de la naturaleza.
Tomemos una piedra e invirtamos su estructura bilateral. Cambiemos de signo cada una de sus cargas eléctricas, e invirtamos la dirección de todo cuanto dentro de la piedra esté moviéndose. El resultado es una piedra auténtica, capaz de existir, aunque no por mucho tiempo si se encontrase en nuestra porción del Universo. Evidentemente, nadie sabe lo que ocurre cuando la estructura bilateral sufre hasta en su más mínimo detalle una inversión izquierda-derecha por reflexión especular. Ni nadie tiene la más leve noción de cuáles son los cambios básicos que se producen cuando se da una inversión de carga. Empero, parece ahora esencial una asimetría del tiempo para preservar la simetría global del sistema CPT.
Es importante comprender que si los físicos luchan por preservar la simetría CPT no lo hacen por amor a la simetría. Cierto es que muchos físicos encuentran feo e insatisfactorio suponer que el mundo se encuentre desproporcionado y desequilibrado en aspectos fundamentales; pero el deseo de preservar la simetría CPT se funda en mucho más que eso. El teorema CPT se encuentra tan firmemente arraigado en los fundamentos de la teoría de la relatividad, que si resultase no ser cierto, la teoría física se tambalearía. “Se desencadenarían todos los infiernos”, fueron las palabras con que Abraham Pais lo expresó en cierta ocasión.
He aquí el estado actual de la cuestión. No se han descubierto pruebas evidentes de que un microevento no pueda ir también marcha atrás. Se ha comprobado que en ciertas interacciones no se conserva la simetría CP. En la hipótesis de que la simetría CPT se conserve, la violación de CP implica la violación de T. Parece que no existen métodos adecuados para poder preservar la simetría especular CP sin combinarla con una T asimétrica.
Antes de examinar algunas de las más fantásticas implicaciones de todo esto, pueden ser de interés algunos detalles más acerca del histórico descubrimiento de 1964. El experimento fue realizado por un grupo de físicos de Princeton, dirigidos por Val L. Fitch y James W. Cronin que trabajaban en el Brookhaven Nacional Laboratory. En palabras de Jeremy Bernstein, estos físicos se valieron de “los mismos miserables mesones K que provocaron el rompecabezas theta-tau, del que surgió la violación de la paridad”. Aproximadamente una vez de cada quinientas, el mesón neutro K-2 (un mesón K-2 sin
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carga eléctrica) se descomponía en dos mesones pi de cargas opuestas, en lugar de tres mesones pi, como todo el mundo esperaba. El mesón neutro K-2 tiene un valor de CP igual a -1. Los dos mesones pi tienen un valor CP de +1. Un estado de CP de -1 se convertía en un estado de CP de +1, violando así la invariancia de CP. En 1980 Fitch y Cronin recibieron el premio Nobel por este trabajo.
¿En qué medida afecta al problema de Ozma la violación del principio de conservación de CP, y presumiblemente de T? Hay varias posibilidades. Una, que el Universo no contenga galaxias de antimateria. De ser así, existe, como hemos visto, un procedimiento por el que nosotros y los habitantes de cualquier planeta podríamos llegar a una comprensión común de las nociones de izquierda y derecha.
Una segunda posibilidad es que el Universo contenga galaxias de antimateria en las cuales, a nivel microscópico, ciertos acontecimientos ocurran con inversión temporal (los movimientos se desarrollan en sentido contrario) con relación a los mismos sucesos de aquí, mientras que todos los macroeventos continúan desarrollándose en el mismo sentido que en la Tierra. En este caso, el problema de Ozma estaría resuelto. Lo único que tenemos que hacer es pedirle a los habitantes del planeta X que realicen un experimento que comporte la violación de CP. Si su descripción concuerda exactamente con lo que aquí sucede, el planeta X estará compuesto de materia. Si no, sería de antimateria. En ambos casos podemos probar experimentos que darán lugar a definiciones claras de izquierda y derecha.
Una tercera posibilidad -y nos lanzamos ahora a la pura fantasía- es que el Universo contenga galaxias de antimateria en las cuales todos los acontecimientos, micro y macroscópicos, estén retro-gradados con respecto a lo que Eddington llamó nuestra “flecha del tiempo”. Al menos en teoría, dos galaxias podrían estar en inversión temporal una respecto de la otra. En cada una de ellas, criaturas inteligentes podrían contemplar su mundo, como nosotros el nuestro, progresando en el tiempo, desde el pasado hacia el futuro. En cambio, encontrarían que los sucesos se desarrollan en sentido contrario en la otra galaxia.
Antes de poder hablar con algún sentido de tan descabellada posibilidad, y considerar si dos galaxias de flechas temporales opuestas podrían llegar a tener noticia una de la otra, será preciso examinar más cuidadosamente la naturaleza del tiempo. ¿Qué significado tiene decir que el tiempo va en una dirección? ¿Hay tan sólo una flecha temporal, o hay muchas? Si son muchas, ¿qué relación tienen unas con otras? Nuestra exploración de las nociones de derecha e izquierda toca a su fin, y es ya hora de dejar las más lejanas fronteras de la ciencia e internarnos en misterios más trascendentes.
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