Premio Nobel de Física a los descubrimientos sobre fracturas de simetría

2008/10/07 Etxebeste Aduriz, Egoitz - Elhuyar Zientzia

• Fisika

Si en el origen del universo se hubiera producido tanta antimatería como la materia, uno destruiría al otro. Gracias a una ruptura de simetría se generó más materia, y por eso estamos aquí.

Fundación Nobel

XX. A mediados del siglo XX aparece por primera vez la ruptura de simetría en la investigación de los principios básicos de la materia. En aquella época, los físicos se empeñaban en conseguir un gran sueño: unificar en una sola teoría los ladrillos más pequeños de la materia natural (partículas elementales) y todas las fuerzas existentes.

Pero no era fácil. En los nuevos aceleradores aparecían partículas nunca vistas, la mayoría de las cuales no se correspondían con el modelo simple de átomos formados por neutrones, protones y electrones. A medida que avanzaban las investigaciones, los protones y neutrones estaban formados por tres quarks. Y las quarkas eran precisamente esas partículas que estaban apareciendo en los aceleradores.

En la actualidad, el Modelo Estándar recoge todos los hallazgos de partículas elementales. Según él, las partículas elementales se dividen en tres familias, pero sólo las primeras son lo suficientemente estables como para producir materia. Las partículas de otras dos familias, más pesadas que las anteriores, existen en muy poco tiempo.

Para llegar a este modelo, los físicos han tenido que superar una serie de obstáculos. El problema principal era que suponían que las partículas elementales cumplían las leyes de simetría. Es decir, si aparecía una determinada partícula, esto significaba que su contraria debía existir.

Pero poco a poco vieron que no siempre se cumplían las leyes de la simetría. Los experimentos mostraban que en algunos casos la simetría se rompía, lo que puso en cuestión el modelo. Nadie sabía por qué ocurría eso. Y, en 1972, los jóvenes investigadores Makoto Kobayashi y Toshihide Maskawa, dotados en los cálculos de la física cuántica, encontraron una solución: para comprender la ruptura de simetría era necesario que existieran tres familias de quarks.

Era una idea valiente, pero el Modelo Estándar recogió aquellos supuestos quark. Y después han descubierto los quarks calculados por Kobayashi y Maskawa.

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Diferencia másica partículas elementales

Así, como se ha indicado, el Modelo Estándar divide las partículas elementales en tres familias. La partícula más pesada (top quark) es 300.000 veces más pesada que la más ligera (electrones). ¿Por qué este tipo de diferencias?

La mayoría de los físicos consideran que la causa es otra ruptura de simetría: Mecanismo Higgs. Según esta teoría, en las primeras fases del universo, el mecanismo Higgs rompió la simetría entre fuerzas, dando diferentes masas a las partículas.

La primera piedra de esta teoría la puso Yoichiro Nambu en 1960, cuando creó la idea de ruptura de simetría propia. Nambu trabajó en los cálculos teóricos de la superconductividad. Y posteriormente aplicó la ruptura natural de simetría que se produce en este fenómeno al mundo de las partículas elementales. Sus herramientas matemáticas han sido fundamentales para comprender el actual Modelo Estándar.