quiralidad

En el taller de la naturaleza hay una máquina extraña: talla la rosca de los tornillos, pero prohíbe la izquierda. Un tornillo se puede enroscar con la fuerza que se quiera, en cualquier sentido horario, pero en sentido antihorario no se puede. Esa máquina no es un invento, sino una regla cuántica precisa que los físicos acaban de construir para materiales magnéticos.

Se coloca un corte de eucalipto de una décima de milímetro de grosor bajo un microscopio de polarización, y la madera de repente florece: franjas azules, amarillas y rosadas se enrollan en espirales, forman anillos y remolinos.

Una piedra lanzada vuela en arco y cae. Un planeta alrededor de una estrella es la misma piedra, solo que cae infinitamente, rodeando el astro en una curva cerrada. En el mundo de Newton, esa curva es una elipse perfecta, y el planeta regresa al mismo punto en cada vuelta. En la realidad, la órbita gira ligeramente: su punto más cercano a la estrella, el periastro, se desplaza.

El universo temprano no era solo un caldo caliente de partículas. En las primeras fracciones de segundo, la simetría especular podría haberse roto: el mundo y su reflejo no habrían sido del todo idénticos.

El modelo estándar de la física de partículas es un catálogo de todos los ladrillos conocidos del universo: electrones, quarks y otros. Pero no dice nada sobre la materia oscura y no se lleva bien con la gravedad. El nuevo trabajo da un paso audaz: a cada ladrillo del catálogo se le añade su reflejo especular con rotación opuesta.

Una linterna común emite luz cuyas ondas oscilan en todas las direcciones a la vez. Pero si se hace pasar la luz por un filtro especial, se obtiene un haz que oscila estrictamente en un solo plano: eso es la luz polarizada. Cuando este haz atraviesa un tejido biológico, la estructura interna de este modifica ligeramente la orientación de las oscilaciones.

Erwin Schrödinger reflexionó sobre cómo la vida mantiene el orden a pesar de la segunda ley de la termodinámica. Ni siquiera podía imaginar que parte de la respuesta se oculta en la inestabilidad de las estrellas gigantes.

Una escalera de caracol marca el ritmo de los pasos: si un flujo de personas sube por ella, su movimiento se enrolla inevitablemente. Algo parecido ocurre en las moléculas helicoidales, como el ADN o algunas proteínas. Cuando se hace pasar una corriente eléctrica a través de una molécula así, los electrones no viajan en línea recta.

Un traductor trabaja en una sala ruidosa. El murmullo de voces, el tintineo de los platos, fragmentos de conversaciones ajenas: parece que debería equivocarse constantemente. Pero al final del día, sus notas coinciden perfectamente con las que habría tomado en el silencio de su despacho. Más o menos así se comporta la regla cuántica que los físicos llaman anomalía axial.

Una esponja de cocina empapada en almíbar: en algunos lugares hay más almíbar y el dedo se pega de inmediato; en otros, apenas lo toca. Así es más o menos la superficie de un catalizador. Las moléculas no reaccionan en todas partes, sino en puntos especialmente pegajosos: los centros activos.

Muchas moléculas, como guantes, vienen en versiones zurdas y diestras. Su diferencia energética, provocada por la interacción débil, es minúscula — como un susurro en una sala ruidosa. Los físicos han ideado cómo convertir ese susurro en un unísono. Una mezcla de moléculas precursoras en un gas ultrafrío genera pares especulares.

Un carrusel con dos tipos de asientos: unos giran en el sentido de las agujas del reloj y otros en sentido contrario. Si se empuja todo a la vez, el carrusel se sacude pero permanece en su sitio.

A la luz le gusta la simetría: en un canal abierto fluye igual en ambas direcciones. Para dirigirla hacia uno solo, los físicos suelen usar imanes. Un nuevo enfoque prescinde de ellos, empleando la rotación —a la velocidad de un disco de vinilo— y la interferencia de dos átomos.

Dos láminas finísimas, cada una de un solo átomo de grosor, se colocan una sobre otra y se giran ligeramente. Como dos hojas de papel de calco de colores: mientras están alineadas, la imagen es una, pero en cuanto se gira una, aparece un patrón muaré. Aquí, claro, el patrón no se ve a simple vista, pero cambia por completo la forma en que el material interactúa con la luz.

Dos fotones entrelazados se separan en direcciones opuestas, pero siguen comportándose como un todo: la medición de uno determina instantáneamente el estado del otro. Esto es el entrelazamiento cuántico. Sin embargo, a veces se parece a un espía experimentado: no deja rastros visibles en una inspección ordinaria.

Un corazoncito de plástico flota en el agua y no se voltea, por más que lo gires. Se queda inmóvil en cualquier posición, como si el agua lo sostuviera con hilos invisibles. Este truco es posible gracias a la curva de Zindler, una figura en la que todas las líneas que dividen el área por la mitad tienen la misma longitud.

En el mundo cuántico hay reglas que parecen violadas. Una de ellas es la ley de conservación: si en la física clásica la simetría garantiza la conservación de la carga, al pasar a la descripción cuántica esa garantía puede desaparecer. Este fenómeno se llama anomalía cuántica.

El Universo no nació solo: con él surgió un gemelo especular donde todo está al revés: derecha e izquierda intercambiadas, y el tiempo fluye del futuro al pasado.

Para alinear los espines de las partículas en una misma dirección, los físicos suelen enfriar la sustancia casi hasta el cero absoluto y colocarla en un campo magnético intenso. Esto es caro y voluminoso. El nuevo método se asemeja a ajustar una multitud de peonzas con un toque ligero: las moléculas intermediarias se unen temporalmente a los átomos objetivo y les transmiten su orden.

La luz puede quedar atrapada dentro de estructuras diminutas, como el sonido en una campana perfectamente afinada: la energía no sale, aunque no haya paredes alrededor. Estos estados se llaman «ligados al continuo»: la luz queda atrapada, pero no encerrada en una caja. Hasta ahora se obtenían en cristales ordinarios, donde las direcciones izquierda y derecha son indistinguibles.

Una solución de azúcar puede torcer la luz, como muchos han visto en experimentos de polarización. Sorprendentemente, un truco parecido se ha descubierto en el propio tejido del cosmos.

Un electrón en una molécula es como una peonza lanzada en la dirección correcta. Las moléculas quirales, retorcidas en un sentido, como una escalera de caracol, dejan pasar electrones solo con una dirección de giro. Esta propiedad se llama selectividad de espín inducida por quiralidad y permite controlar el espín sin imanes.

Muchas moléculas, como los aminoácidos, son como notas musicales: sus versiones izquierda y derecha suenan casi igual, pero la diferencia es crítica. Una cura, la otra es veneno. Captar esta diferencia se ve obstaculizada por un ruido inevitable, como en una habitación donde un ventilador funciona ruidosamente.

Dos esferas masivas en el vacío cósmico. Empuje una y la otra sentirá el empujón solo un instante después: la influencia gravitatoria viaja, como el eco de un grito en las montañas, con un inevitable retraso. Así es como el espacio curvado transmite la señal localmente, paso a paso; esto fue predicho por Einstein.

Un copo de nieve, al caer de la nube, elige entre su forma izquierda y su forma derecha. La diferencia entre ambas es casi imperceptible, como un soplo de viento, pero es precisamente ese soplo el que decide qué patrón crecerá.