En 1976, Gerard 't Hooft observó que el vacío de una teoría de gauge no es tan sencillo como parece: posee una estructura topológica que se manifiesta en una susceptibilidad topológica no nula. Esta magnitud, que mide la sensibilidad del vacío a las configuraciones topológicas de los campos, exige la existencia de un estado pseudoescalar, es decir, una partícula de espín cero y paridad negativa. En la cromodinámica cuántica, ese papel lo desempeña el mesón η′, pero para el sector electrodébil del modelo estándar la cuestión seguía abierta.

Trabajos recientes postulaban la existencia de ηW como un nuevo estado ligero, pero su naturaleza física no se había establecido. Los autores del nuevo artículo abordan el problema desde un ángulo inesperado: utilizan la perspectiva del campo de gauge de tres formas, en la cual la susceptibilidad topológica equivale a la presencia de un grado de libertad pseudoescalar masivo. A continuación construyen el operador de 't Hooft, una interacción de cuatro fermiones que viola el número bariónico, y demuestran que, tras el mecanismo de Higgs y el confinamiento de la QCD, dicho operador corresponde a un estado ligado por QED de un protón y un electrón, es decir, a un átomo de hidrógeno.

El resultado es sorprendente: el estado pseudoescalar no requiere física nueva. Se trata de una superposición impar bajo CP de los estados fundamentales del hidrógeno y del antihidrógeno: ηW = -i/√2 ($Ψ_H$ - $Ψ_{anti}$-H). También se define el compañero par bajo CP, $φ_H$. En el modelo estándar renormalizable, el número bariónico menos el leptónico se conserva, por lo que las transiciones que cambian B+L en cuatro unidades están prohibidas y no hay oscilaciones hidrógeno–antihidrógeno. Sin embargo, en extensiones con violación de B+L surgen operadores que inducen tales oscilaciones. Entonces ηW y $φ_H$ se convierten en estados propios de la energía, y la física atómica obtiene acceso directo al sector topológico.

El trabajo difiere radicalmente de los estudios vecinos, que o bien introducen partículas nuevas o bien tratan a ηW como un estado mesónico electrodébil. Aquí se propone por primera vez una realización concreta en el infrarrojo, en forma de sistema atómico. El «fantasma» topológico, que durante mucho tiempo fue una abstracción matemática, cobra carne en el átomo más común. Esto abre un nuevo canal para poner a prueba las simetrías fundamentales sin necesidad de altas energías: la espectroscopia de precisión del hidrógeno podría convertirse en una ventana a la física más allá del modelo estándar.

Las perspectivas de desarrollo incluyen el cálculo preciso del elemento de matriz ⟨0|OW|$η_H$⟩ en la teoría efectiva de campos, lo que permitiría relacionar cuantitativamente la masa del campo de tres formas con parámetros atómicos. También resulta prometedora la estimación de las amplitudes de oscilación hidrógeno–antihidrógeno en modelos concretos con violación de B+L, así como la revisión de las restricciones existentes. Si se detectaran tales oscilaciones, apuntarían a procesos con violación del número bariónico, necesarios para generar el exceso de materia sobre antimateria en el universo. Así, el modesto átomo de hidrógeno podría convertirse en la clave de uno de los mayores enigmas de la cosmología.