violación de CP

Dos bailarines en un mismo escenario repiten los movimientos del otro incluso cuando un telón los separa. En el mundo cuántico, a esas parejas se les llama entrelazadas, y los físicos llevan medio siglo comprobando hasta dónde llega esa conexión. Hasta ahora, todas las pruebas con partículas masivas se referían a sus propiedades internas, como el espín, pero no al movimiento en sí.

Los neutrinos son partículas diminutas que, cada segundo, atraviesan nuestros cuerpos por miles de millones sin tocar ni un solo átomo. Tienen una propiedad misteriosa: en su camino desde el Sol o un acelerador, pueden cambiar de tipo, o "sabor", por ejemplo, de neutrino electrónico a neutrino muónico.

Un espejo común intercambia la izquierda y la derecha. Muchas leyes de la física no notan tal sustitución: son simétricas especularmente. Pero algunos fenómenos, como la interacción débil, rompen esta simetría. Hasta ahora se creía que la gravedad y la luz rompían la simetría especular cada una por su cuenta, de manera independiente.

El caldo hirviente del universo temprano bullía de partículas y antipartículas. Nacían y morían en pares y, según todas las leyes de la simetría, deberían haberse aniquilado por completo. Pero algo salió mal: sobrevivió un diminuto exceso de materia. De él se formaron luego las estrellas, los planetas y nosotros mismos. Los físicos llaman a este desequilibrio asimetría bariónica.

Unas balanzas ultraprecisas intentan captar la diferencia entre dos granos de arena casi idénticos. Uno de ellos es el reflejo perfecto del otro, como en un espejo. En el mundo de las partículas elementales, ese reflejo especular se denomina paridad P, y su violación es uno de los mayores enigmas de la física.

En los primeros instantes después del Big Bang, la materia y la antimateria estaban casi en proporciones iguales. Pero algo rompió el equilibrio y, al final, solo quedó un diminuto exceso de partículas ordinarias: precisamente ese del que están hechas las estrellas, los planetas y nosotros mismos.

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.

Una cadena cuántica se parece a una guirnalda de luces, donde las bombillas son los espines de las partículas. En el caso ideal, todas las bombillas brillan sincronizadas, siguiendo un ritmo común: eso es la simetría. Pero si cortas un trozo de la guirnalda, el ritmo puede desajustarse: dentro del trozo, la simetría se rompe.

Los neutrinos recuerdan a bailarines invisibles que cambian de máscara en pleno salto. Los tres tipos de estas partículas —el neutrino electrónico, el muónico y el tau— se transforman constantemente entre sí. Esta danza se describe mediante una compleja matriz de mezcla, y los físicos llevan tiempo intentando descomponerla en movimientos simples.

La cromodinámica cuántica es la teoría que describe cómo los quarks y los gluones se unen para formar protones y neutrones. En sus ecuaciones hay un ángulo extraño, el parámetro θ (theta).

Un electrón que atraviesa un núcleo pesado se comporta como una pelota de tenis lanzada a través de una empalizada. Si los barrotes de la valla están espaciados de manera desigual —más juntos en unas zonas, más separados en otras—, la pelota se desviará de forma distinta.

Una orquesta perfectamente afinada, donde cada instrumento está calibrado con una precisión impecable, intenta tocar en una sala ruidosa. Ese ruido es la gravedad cuántica, la ondulación del espacio-tiempo a nivel microscópico. Constantemente amenaza con desentonar a los músicos.

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.

En un lado de la balanza está toda la materia del universo; en el otro, toda la antimateria. Según las leyes de la física, en el momento del nacimiento del mundo los platillos deberían haberse equilibrado. Pero vemos que un lado pesa más: a nuestro alrededor hay estrellas, planetas, personas, y casi nada de antimateria. Este desequilibrio es uno de los grandes misterios.

El universo obedece reglas estrictas, como jugadores en una mesa. Una de ellas: la gravedad siempre atrae y la energía no puede ser negativa.

En los primeros instantes tras el Big Bang, la materia y la antimateria deberían haber nacido en igual cantidad. Pero hoy solo vemos materia: estrellas, planetas, nosotros mismos. ¿Dónde quedó la antimateria? Una de las pistas se esconde en partículas casi imperceptibles: los neutrinos diestros.

El envejecimiento de una batería se parece a la fatiga del metal: la grieta madura en el interior mucho antes de que la pieza se rompa. Normalmente nos enteramos del problema cuando la capacidad cae por debajo del 80%, pero para entonces los daños ya son irreversibles.

Un superconductor se parece a una ronda perfecta de electrones: se mueven en parejas sin perder energía, como bailarines que nunca pierden el ritmo. Pero basta con añadir algunas impurezas magnéticas, y en la ronda se cuelan intrusos que perturban el movimiento sincronizado. La temperatura a la que comienza este baile desciende.

El principio de equivalencia débil, verificado tácitamente desde los tiempos de Galileo y convertido en la base de la relatividad general, afirma que todos los cuerpos caen igual, independientemente de su composición interna.

Una gran orquesta se afina antes del concierto. Cada instrumento emite su propio ruido, y en el bullicio general es difícil distinguir sonidos individuales. Pero si el director, por un segundo, agita la batuta de una manera especial, todos los violines tocan a la vez una misma nota aguda, y ese sonido puro atraviesa la cacofonía. Ese «gesto de batuta» pudo ocurrir en los primeros instantes de la vida del universo.

En una sala abarrotada donde giran parejas, a veces recorre una ola: unas parejas se separan, otras se forman, y el movimiento arrastra a todos. De manera similar se comporta una nube densa de neutrinos, las partículas más pequeñas que apenas interactúan con la materia.

Una olla de agua se enfría tan lentamente que permanece líquida incluso bajo cero. Una mínima perturbación y se convierte instantáneamente en hielo, liberando calor latente.

Los neutrinos son las partículas con masa más abundantes del universo. Atraviesan nuestro cuerpo por billones cada segundo, pero apenas dejan rastro. Su atracción gravitatoria conjunta, aunque ínfima, puede influir en el movimiento de galaxias enteras.

El vacío no es un silencio hueco, sino un caldero burbujeante de fluctuaciones cuánticas que nacen de la nada y desaparecen en milmillonésimas de segundo. Esta sinfonía invisible actúa como un viento constante que presiona el átomo contra la pared: como un potente bajo que empuja una pelota ligera.

Lanza una piedra a un estanque: las ondas se expanden uniformemente y se desvanecen. Las ondas gravitacionales nacidas de la fusión de agujeros negros se comportan de otra manera: incluso después del paso de la onda principal, queda una 'cola' débil.

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.

La luz recorre la habitación, se refleja en los espejos y las paredes. El vacío entre ellos parece completamente neutro: no estorba al rayo ni curva su trayectoria. Pero, ¿y si en los cimientos más profundos del mundo el vacío estuviera estructurado de forma más compleja?

Un cristal de iones de calcio en una trampa, iluminado por un láser, es un modelo diminuto de la materia en el interior de una enana blanca. Allí, en las profundidades de una estrella moribunda, los núcleos atómicos se organizan en una red rígida cuando la temperatura desciende.

En el detector LHCb, como en una cámara gigante con miles de millones de «instantáneas», se capturan eventos raros: cómo partículas de vida corta, los mesones B, se desintegran en otras más ligeras. Una de estas desintegraciones, en la que un mesón B se convierte en un kaón y un par de muones, resulta especialmente interesante.

Una gota de metal sobre un semiconductor es como una isla en el mar. Para llegar a esa isla, un electrón debe pagar un "peaje": superar una barrera que surge porque la isla es diminuta y cada carga adicional cambia mucho su energía. Este fenómeno se conoce como bloqueo de Coulomb.

La colisión de un electrón y un positrón en el colisionador BESIII produce una partícula de vida muy corta: el barión encantado Λc+. En su interior, como en una caja abarrotada, nace rápidamente otra partícula: el hiperón Λ.

Dos gemelos se ven idénticos, pero uno es zurdo y el otro diestro. En el mundo de las partículas elementales existen pares similares: Ξ⁻ y su antipartícula Ξ⁺. Nacen juntas en la desintegración de la partícula J/ψ y, como gemelos entrelazados, mantienen una conexión incluso a distancia.

La aguja magnética de una brújula apunta al norte, pero ¿y si el propio espacio tuviera un eje oculto? Los físicos han comprobado si la estructura del cosmos, que es la misma en todas las direcciones, podría estar rota, utilizando el campo magnético de la Tierra.

Un láser normal amplifica la luz hasta convertirla en un haz brillante. Si se invierte ese proceso, se obtiene un antiláser: un dispositivo que absorbe la luz por completo. Pero esta máquina es caprichosa: basta un ligero desorden para que la absorción falle. Los físicos han encontrado la manera de hacer que un antiláser sea invulnerable.

En el detector LHCb del Gran Colisionador de Hadrones chocan protones y, por un instante, nacen partículas que no existen en la materia ordinaria. Una de ellas es el mesón B neutro. Vive menos de una milmillonésima de segundo y se desintegra en otras dos partículas: la resonancia estrecha J/ψ y la más ancha ρ(770).

En cada célula vive un incansable copista: una enzima que copia la larga hebra de ADN. Se desliza a lo largo de ella como el cabezal de lectura de una cinta magnética y va construyendo una nueva hebra a su lado. Las letras las elige siguiendo una regla estricta: frente a A siempre coloca T, frente a G, C.

Según la teoría del Big Bang, desarrollada por Georges Lemaître, el universo comenzó desde un punto caliente y denso y luego se expandió vertiginosamente — esta inflación fue propuesta por Alan Guth.

El universo es un pastel que se prepara con una sola receta, pero la cucharilla y la báscula de cocina insisten en mostrar cantidades diferentes de azúcar. Lo mismo pasa con la expansión del universo: las mediciones basadas en estrellas cercanas (la cuchara) dan un valor, y las del resplandor antiguo del Big Bang (la báscula) dan otro completamente distinto.

En el mundo que conocemos hay tres dimensiones espaciales. Sin embargo, la física teórica admite la existencia de direcciones adicionales, ocultas a la observación directa, compactificadas, es decir, enrolladas hasta tamaños microscópicos.