El premio Nobel de Física de 2008 ha correspondido a tres físicos teóricos de origen japonés: Yoichiro Nambu, Makoto Kobayashi y Toshihide Maskawa por sus "descubrimientos acerca de las simetrías rotas de la naturaleza". Nadie duda de que el premio sea merecido, si bien ha surgido cierta polémica sobre algunas ausencias en la lista de premiados. En realidad, el análisis de los méritos de unos y otros ilustra el hecho de que muchas contribuciones esenciales en ciencia no están construidas sobre el vacío, sino basándose en trabajo previo de gran relevancia. Además la importancia de una contribución a menudo queda clara después de otros trabajos posteriores que explotan la idea. Establecer quién ha realizado la aportación más original e importante resulta por ello un asunto difícil y bastante subjetivo.
El trabajo por el que se ha premiado al prof. Nambu (quien se lleva la mitad del premio) es anterior e independiente al de los otros dos galardonados. Hacia 1960 Nambu tuvo una idea que se ha confirmado como una de las más perspicaces y fértiles de los últimos 50 años para comprender los mecanismos íntimos de la naturaleza. Nambu aplicó la noción (ya existente) de "simetría espontáneamente rota"al ámbito de las simetrías y las partículas fundamentales de la naturaleza. Para entender estos conceptos hay que pensar primero qué es una simetría. En general, una simetría de un objeto es una transformación que lo deja idéntico a sí mismo. Por ejemplo, si rotamos un cuadrado 90 grados, seguiremos teniendo un cuadrado idéntico al inicial. De igual manera un círculo es "invariante" bajo una rotación cualquiera alrededor de su centro. La importancia de las simetrías en física es conocida desde hace mucho tiempo. Por ejemplo, si suponemos que la naturaleza es invariante bajo rotaciones, es decir que no hay una dirección privilegiada en el universo, se puede deducir la conservación del momento angular. A veces sucede que las propias ecuaciones que describen la naturaleza son invariantes (es decir, simétricas) bajo ciertas transformaciones matemáticas. Estas simetrías se llaman "simetrías internas" y tienen consecuencias muy importantes. Por ejemplo, la conservación de la carga eléctrica puede entenderse como la consecuencia de una simetría interna de las ecuaciones del electromagnetismo.
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| La idea crucial de Nambu fue considerar que algunas simetrías fundamentales de la naturaleza, simetrías internas de sus ecuaciones básicas, podrían estar espontáneamente rotas |
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En ocasiones las simetrías de la naturaleza no son evidentes. Pensemos en una montaña perfectamente circular, es decir simétrica bajo rotaciones. Si estamos en su cima observaremos claramente esa simetría. Pero si nos deslizamos por la ladera hasta la base de la montaña, una vez abajo ya no será evidente. En la jerga de los físicos se dice que la simetría "se ha roto espontáneamente". La simetría sigue estando realmente ahí, pero oculta. Este fenómeno ya había sido estudiado en el ámbito de la física de la materia condensada. La idea crucial de Nambu fue considerar que algunas simetrías fundamentales de la naturaleza, simetrías internas de sus ecuaciones básicas, podrían estar espontáneamente rotas. En consecuencia, no serían evidentes: estarían ocultas, pero aún así tendrían implicaciones trascendentales. Nambu, en colaboración con el prof. Goldstone, demostró que una implicación es la existencia de partículas sin masa con determinadas características.
Esta idea fue inmediatamente aplicada para comprender por qué el "pión" (la partícula que intercambian los protones y neutrones en el interior de los núcleos atómicos, y los mantiene unidos) es tan ligera. Sin esta propiedad, los núcleos no serían estables y no habría variedad de elementos químicos (ni por tanto vida). Posteriormente la idea fue perfeccionada por Higgs y otros, y más tarde aplicada por Glashow, Weinberg y Salam para comprender con éxito la estructura de las interacciones electrodébiles, resolviendo muchas paradojas que habían traído a los físicos de cabeza durante años (estos últimos investigadores recibieron por ello el premio Nobel hace casi 30 años).
Se ha criticado con frecuencia que la Academia sueca tarde a veces tanto en reconocer contribuciones esenciales. En el caso de Nambu se ha esperado casi 50 años, pero aún así ha sido afortunado, ya que con 87 años ha podido vivir para verlo. Su mérito es indiscutible, aunque tal vez podría haber compartido el reconocimiento con el prof. Goldstone.
El trabajo de los profesores Kobayashi y Maskawa está muy lejanamente relacionado con el de Nambu. En 1972 era un hecho comprobado experimentalmente que las interacciones de las partículas violaban una simetría que se había creído perfecta: la "simetría CP". Nuevamente en la jerga de los físicos, C significa que las partículas y antipartículas se comportan de manera idéntica, excepto que sus cargas son opuestas. P significa que un proceso físico observado a través de un espejo podría ser igualmente un proceso real. La sorpresa fue que estas simetrías no son exactas, ni tampoco la combinación de las mismas: la simetría CP (no hay que confundir este fenómeno con el de las simetrías espontáneamente rotas formulado por Nambu: en este caso las simetrías de partida no son perfectas).
Este hecho tan notable es crucial para cualquier explicación de por qué hay mucha más materia que antimateria en el universo. Por otro lado, en 1972 se empezaba a comprender que las partículas fundamentales se presentan en "familias". La primera familia contiene el electrón y su neutrino asociado, más dos quarks de los cuales están hechos el protón y el neutrón y muchas otras partículas subatómicas. La segunda familia es idéntica a ésta, sólo que más pesada. Kobayashi y Maskawa demostraron que la violación de CP observada exigía la existencia de una tercera familia de quarks (desconocida en aquel momento), "mezclada" con las otras dos. Esto significa que los quarks físicos no son puros, sino combinaciones de los quarks iniciales (de forma parecida a las aleaciónes de metales). Los hechos han confirmado esta hipótesis: se ha descubierto (con el paso de los años) la existencia de una tercera familia completa y todo parece indicar que la violación de CP observada tiene el origen propuesto por Kobayashi y Maskawa.
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| La "mezcla" de quarks es el ingrediente básico de la hipótesis de Kobayashi y Maskawa |
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La controversia en este caso surge del hecho de que la "mezcla" de quarks, que es el ingrediente básico de la hipótesis de Kobayashi y Maskawa, había sido anteriormente propuesta (y demostrada experimentalemente para las dos primeras familias) por el físico italiano Nicola Cabibbo. De hecho en física de partículas se conoce el mecanismo completo por el acrónimo CKM, en reconocimiento a los tres científicos...pero sólo dos se han llevado el premio. Es cierto que Kobayashi y Maskawa se basaron en el trabajo de Cabibbo. También es cierto que el trabajo de Cabibbo estaba a su vez basado en el trabajo de Gell-Mann y Levy sobre mezclas de partículas subatómicas. En realidad el concepto de mezcla de partículas fundamentales había sido ya formulado en los años 50 por Pontecorvo para los neutrinos. (Pontecorvo fue, por cierto, un físico genial, que tuvo la desgracia de morir antes de recibir el premio Nobel.) Cuál es el mérito relativo de cada uno de estos físicos es un asunto subjetivo, aunque indudablemente es inmenso para todos ellos. Aunque la decisión de la Academia sueca es perfectamente defendible, hubiera sido quizá más ecuánime otorgar un premio Nobel compartido a Nambu y Goldstone, y dejar el de otra edición para Cabibbo, Kobayashi y Maskawa. Al menos hubiera sido más acorde con la impresión que tienen los físicos de partículas de los méritos respectivos. Además hubiera evitado juntar, de forma un tanto artificial, dos trabajos muy diferentes bajo un mismo epígrafe.
