supersimetría

En el mundo cuántico, las partículas se dividen en dos bandos irreconciliables: los bosones aman reunirse en un mismo estado (como la luz en un láser), mientras que los fermiones son individualistas y nunca ocupan el mismo lugar. Parecería que una sola red neuronal no puede aprender ambos caracteres a la vez.

Un armazón invisible mantiene unidas las galaxias, impidiendo que se dispersen. Es la materia oscura, una sustancia que no brilla y casi no interactúa con la materia ordinaria. Los astrofísicos llevan tiempo debatiendo de qué está hecha.

El intérprete se distrae con cada susurro en la sala, y una reunión de una hora se convierte en dos. Una entonación equivocada cambia el significado hasta hacerlo irreconocible. Algo parecido le ocurre a la partícula con espín 3/2: el gravitino. No puede existir en solitario: su "discurso" debe estar perfectamente coordinado con el entorno, o toda la construcción se desmorona.

El viento lleva el polen, y cada grano de polen se mueve como si fuera independiente. Pero cuando el aire se arremolina en un torbellino, las trayectorias del polen ya no se pueden separar: están enredadas.

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.

Desde que Saul Perlmutter y sus colegas descubrieron la expansión acelerada del universo, los físicos se devanan los sesos con la naturaleza de la energía oscura.

El geómetra pasa el dedo por una superficie invisible y, según cómo se curvan las geodésicas, toma su huella. Esa huella puede ser la curvatura normal máxima κ(F): la mayor de las curvaturas de todas las geodésicas que pasan por un punto de la variedad sumergida.

El universo temprano era un lugar turbulento. El espacio vibraba con ondas gravitacionales, ondas en el propio tejido del cosmos. En ese crisol burbujeante, se cree que nació la materia oscura. Pero las partículas recién nacidas no tenían masa; había que obtenerla de algún lugar. Normalmente, el campo de Higgs es el responsable de la masa.

El mundo cuántico está lleno de transformaciones. A veces un sistema formado por unas partículas empieza a comportarse como si hubieran aparecido otras muy distintas.

Dos nubes de átomos ultrafríos, casi inmóviles a temperaturas de unos pocos nanokelvins, se mezclan en una trampa. Una nube está formada por átomos ligeros, la otra por átomos pesados. Se empujan entre sí de manera diferente.

Un bloque de materia oscura a la deriva en el vacío: invisible, casi intangible. Nadie sabe de qué está hecho, pero un nuevo trabajo propone verlo como una gota de líquido cuántico.

Una piedra lanzada al agua deja círculos. Un satélite que orbita la Tierra también deja una huella, pero no en el agua, sino en las leyes de la física. Su órbita no es una línea fija: gira lentamente, como la manecilla de un reloj gigante. Parte de esa rotación se explica por la gravedad ordinaria, pero cada vez hay más indicios de que algo más está interviniendo: algo invisible y omnipresente.

En el mundo de las partículas elementales existe un antiguo enigma: ¿por qué las masas del electrón, el muón y la partícula tau difieren tanto? ¿Y por qué los quarks — los ladrillos de protones y neutrones — también se dividen en tres generaciones con un salto brusco de masas?

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 fin del universo no es simplemente oscuridad. Si la energía oscura lo desgarra en pedazos o si se contrae de nuevo en un punto, como un Big Bang al revés, se produce una singularidad: el momento en que la física convencional falla. Durante mucho tiempo se creyó que en ese incendio cósmico todo desaparecía.

Cuando un coche con control de crucero pasa sobre un bache, la velocidad sube un instante, pero el motor sigue funcionando suavemente. Algo parecido se ha observado recientemente en la energía oscura, la fuerza que hace que el universo se expanda cada vez más rápido.

Al principio, instantes después del Big Bang, el universo estaba organizado de forma ridículamente simétrica: había tantas partículas como antipartículas. Pero ocurrió un desequilibrio, diminuto como un grano de arena extra en un kilo de azúcar, y todo el mundo que conocemos —estrellas, planetas, personas— surgió de ese excedente.

El intérprete se distrae con cada susurro en la sala, y la reunión de una hora se convierte en dos. Así funciona aproximadamente la mecánica cuántica ordinaria: la partícula evoluciona en el tiempo, y el espacio sirve de escenario. Pero, ¿y si intercambiamos sus papeles? Entonces la partícula "camina" por el espacio, y el tiempo se convierte en un fondo inmóvil.

Un remolino de café puede abarcar dos puntos en una taza: una mancha borrosa de líquido arremolinado. Las partículas cuánticas se comportan de manera similar: un remolino espaciotemporal donde existen en dos lugares a la vez. Pero la gravedad actúa como la cuchara que remueve el tejido del espacio y el tiempo.

Después del Big Bang, el universo se asemejaba a un globo fuertemente inflado: la presión impedía que la materia se comprimiera en grumos. Pero las hipotéticas partículas superpesadas — una especie de «pesos pesados» del micromundo — volvían el globo menos elástico por un instante.

En la cocina hay un cubo con agua y otro igual con arena. Vertemos la arena en el agua y obtenemos una mezcla donde hay exactamente cinco veces más arena que agua. Así está organizado nuestro universo: hay una parte de materia ordinaria, de la que están hechas las estrellas, los planetas y nosotros mismos, y cinco partes de la esquiva materia oscura.

Un puñado de monedas cae sobre la mesa. Mientras giran, cada una puede caer cara o cruz: eso es la incertidumbre cuántica. Pero en cuanto caen, la imagen se vuelve definida, clásica. Así, aproximadamente, el ruido destruye el orden cuántico y lo convierte en desorden ordinario.

En una olla con agua hirviendo, las burbujas de vapor nacen y revientan, pero el agua sigue siendo líquida. Algo similar ocurre en un gas atómico ultrafrío: los átomos forman pares constantemente y vuelven a separarse, aunque la superfluidez aún no ha llegado.

En las transiciones nucleares del berilio-8, helio-4 y carbono-12, los físicos de la colaboración ATOMKI vienen observando desde 2020 eventos de más — como si en la desintegración de un núcleo excitado a veces naciera algo más, además de los fotones habituales. La energía de ese «algo» es siempre la misma: unos 17 millones de electronvoltios.

La materia oscura constituye el 85% de la materia del Universo, pero permanece invisible. Solo se manifiesta a través de la gravedad. Se puede detectar por el "sonido" cósmico: una vibración tenue que impregna el espacio. Un detector solitario es impotente aquí: la señal es demasiado débil. Los físicos convierten muchos sensores en un conjunto cuántico.

La materia oscura es el andamiaje invisible del cosmos, cuya existencia fue revelada por los remolinos de galaxias ya por Fritz Zwicky y Vera Rubin. De qué está hecha ha sido un misterio durante medio siglo. Una nueva hipótesis dibuja un panorama inusual.

Predichos por Wolfgang Pauli y bautizados por Enrico Fermi, los neutrinos son partículas casi indetectables. Dentro de las supernovas gigantes moribundas y de las estrellas de neutrones en fusión, se producen cantidades inimaginables.

La materia es como una casa. En algunas habitaciones reina el orden estricto de un cristal, donde cada átomo está en su lugar. En otras, el caos del helio superfluido, donde los átomos se olvidan de sus vecinos. Un superconductor, según John Bardeen, es una sala de estar perfecta sin puertas: al campo magnético no se le deja entrar.

Durante mucho tiempo, el agujero negro de la relatividad general fue considerado un espejo perfecto: sin importar qué campos incidieran sobre él, no se deformaba.

El entrelazamiento cuántico es un recurso frágil. Calienta el sistema y las fluctuaciones térmicas romperán los finos hilos de las correlaciones: a una temperatura suficientemente alta, aunque finita, el estado de Gibbs de un hamiltoniano local se vuelve separable, es decir, representable como una mezcla probabilística de productos de estados locales.

Dos telescopios miran al mismo universo y ven velocidades diferentes. Las mediciones locales de supernovas dan 73.04 ± 1.04 km/s/Mpc, mientras que los datos de la radiación de fondo de microondas en el modelo estándar predicen 67.36 ± 0.54.

En el borde del espacio-tiempo, donde terminan todos los rayos de luz, habitan simetrías que los físicos han debatido durante medio siglo. Se llaman superrotaciones: son transformaciones de la esfera celeste que divergen en puntos individuales, como vórtices en helio superfluido.

En el caldo hirviente del universo recién nacido, todas las partículas perdían sus diferencias, como verduras a una temperatura infernal. Recuperar esa receta sencilla es el objetivo de la física moderna. La teoría SO(10) —una extensión del Modelo Estándar— ofrece esa receta.

Dos actores en el mismo escenario. Uno es el fermión, caprichoso y exigente, difícil de hacer que siga las reglas del simulador cuántico. El otro es el bosón, dócil y sin pretensiones, dispuesto a ocupar cualquier lugar. El director espera que el público no note el cambio.