Nobel de física: Trencadors de simetries

Diuen que la bellesa és el territori dels artistes, dels poetes, dels esperits elevats que es banyen en el món de l’art. Però això no és del tot cert. Els qui viuen de la bellesa, que la busquen incansables i que quan la troben és en un grau superior a qualsevol obra humana són els físics. Encara que sembli una broma, sota les complexes equacions que fan servir, rere les paraules incomprensibles i amagades dins conceptes quasi esotèrics, s’hi amaga una bellesa difícil de descriure. La que hi ha a l’essència mateixa de la naturalesa.

I un dels fenòmens que més han captivat als físics va ser adonar-se de les simetries que regeixen l’Univers. A mida que els nostres coneixements anaven augmentant, les equacions que emergien indicaven que les coses podien ser d’una manera, i també d’una altra que era exactament simètrica. Com si existís un mirall on tot hi és invertit. Quan mirem un mirall, les coses estan capgirades, però no notem res d’estrany. Les forces, els moviments, les direccions... tot és simètric però això no modifica cap llei de la física.

Doncs a la realitat passa una cosa semblant. Es pot imaginar un protó, però igualment es pot imaginar un “antiprotó”. Una copia simètrica del protó... però amb càrrega negativa enlloc de positiva. L’antimatèria és com la matèria, però amb propietats capgirades simètricament.

El concepte de simetria va facilitar molts càlculs i moltes equacions, a més de ser tremendament elegant. La idea general era que les lleis de la física es complien igual encara que el món fos un mirall del que veiem en realitat.

Però al final va resultar que les coses no eren exactament així. Mica a mica van anar apareixen exemples en els que, per exemple, les partícules i les antipartícules es comportaven d’una manera diferent. A l’Univers hi ha molta matèria i molt poca antimatèria. Això ja suggereix que la simetria entre una i altra no és total. Finalment es va comprendre que existeixen casos de trencament de la simetria. I el cas és que quan aquestes anomalies es van incorporar als models teòrics, les coses s’ajustaven millor a la realitat.

El problema angoixant per la física era explicar el perquè d’aquestes violacions de la simetria. Podem constatar que la mà dreta és més hàbil que l’esquerra malgrat ser simètriques, però cal comprendre el motiu.

Doncs l’explicació la van proposar en Makoto Kobayashi i en Toshihide Maskawa. Dos físics japonesos que miraven de comprendre un dels casos de trencament de la simetria que es dóna en la desintegració d’una partícula elemental, els kaons. Al seu model van suposar que havia d’existir una família nova de quarks (a més de les dues que ja es coneixien) que explicaria el trencament observat. El model era elegant, i va resultar ser encertat quan es van descobrir els quarks que havien imaginat. Amb això, el mapa de partícules elementals i el model estàndard de la física quedava pràcticament complet.

Tan important va ser la seva proposta, que l’article on ho van publicar és un dels més citats en tota la història de la física d’altes energies. No és estrany, per tant, que aquest any els hagin concedit la meitat del premi Nobel.

L’altra meitat del premi l’ha guanyat en Yoichiro Nambu, que va trobar un altre model diferent de trencament de la simetria, en aquest cas, un trencament espontani. I encara que sembli una bestiesa, aquest trencament és responsable que a l’Univers hi hagi alguna cosa. Els detalls són realment durillos pels no experts, però un exemple seria un llapis posat vertical. La seva posició és simètrica, però finalment acabarà caient. Aleshores estarà en una situació de menor energia, però la simetria s’haurà trencat. Ara ja apunta en una direcció concreta.

Doncs amb l’espai buit podria passar una cosa semblant. Un camp quàntic (sigui el que sigui això) passa a un estat de menor energia però en el camí, la simetria es trenca i el resultat final és que apareixen partícules elementals. Les partícules amb les que es fa un Univers.

Curiosament, si el que es trenca és el que es coneix com el camp de Higgs, la partícula que apareix és el bossó de Higgs. Justament la partícula hipotètica que es vol trobar amb l’LHC, el gran col·lisionador d’hadrons.