¿Y SI EXISTIERA EL UNIVERSO ESPEJO?
¿Y si existiera un mundo idéntico al nuestro escondido a plena vista delante de nuestras narices? Tras décadas de investigación, los primeros experimentos científicos dirigidos a cruzar al otro lado del espejo están a punto de comenzar.
Aprimera vista, todo parece familiar. Las agujas del reloj de la pared avanzan plácidamente; oyes los motores de los coches circulando al otro lado de la ventana; la revista que tienes entre las manos muestra la misma portada llamativa de siempre. Pero algo está mal. Los relojes marchan hacia atrás. Los coches circulan por el lado erróneo de la calzada. El artículo que estás leyendo está escrito de atrás adelante. De repente, todo encaja. Estás mirando tu propio reflejo. El extraño mundo al otro lado del espejo tal vez no te parezca de verdad. Pero la física Leah Broussard piensa que los universos paralelos donde todo está invertido podrían ser muy reales. Junto con sus colegas del Laboratorio Nacional de Oak Ridge, en Tennessee (EE. UU.), está buscando un universo que sea idéntico al nuestro, pero volteado, de modo que contenga átomos espejo, moléculas espejo, estrellas y planetas espejos, e incluso vida espejo. Si existiese, formaría una burbuja de realidad anidada dentro de la estructura del tiempo y el espacio junto a nuestro propio cosmos conocido, con algunas partículas capaces de pasar de uno a otro.
TRAS DÉCADAS DE TENTADORAS PISTAS SOBRE SU EXISTENCIA, los primeros experimentos destinados a pasar al otro lado del espejo están a punto de empezar. Encontrar ese universo espejo no solo transformaría la visión que poseemos de la realidad, sino que también podría responder a algunas preguntas sobre nuestro propio universo que han desconcertado a los científicos durante décadas. “Las implicaciones serían asombrosas”, afirma Broussard.
Los físicos ya habían encontrado nuevos mundos antes. En 1928, Paul Dirac se dio cuenta de que las ecuaciones de la mecánica cuántica permitían la existencia de partículas con propiedades que iban más allá de lo que nadie había visto antes. Predijo que una familia completamente nueva de ellas permanecía al acecho en el universo, compuesta por partículas idénticas a las que conocíamos pero con cargas eléctricas opuestas. Ese mundo oculto de antimateria duplica la cantidad de partículas fundamentales conocidas en el universo. Pero eso no es todo. En 1933, el astrónomo suizo Fritz Zwicky observó que las rotaciones de los cúmulos de galaxias sugerían que estaban experimentando un tirón gravitacional más fuerte que el que podría provenir de la materia visible cercana.
En los 70, la astrónoma estadounidense Vera Rubin observó ese mismo efecto en diversas galaxias y cúmulos. Hoy creemos que la materia oscura que causa ese tirón extra supera a la materia regular en una proporción de cinco a uno. Pero nunca hemos encontrado ese algo que falta, a pesar de décadas de investigaciones directas e indirectas dedicadas a ello.
LA ANTIMATERIA Y LA MATERIA OSCURA HAN PASADO A FORMAR PARTE DE LA CIENCIA CONVENCIONAL. Pero quizá el nuevo mundo más ambicioso por descubrir haya permanecido sesenta años en las sombras. En 1956, los físicos chinos Tsung-Dao Lee y Chen Ning Yang hicieron una destacable predicción sobre el funcionamiento de la física. Hasta entonces, se suponía que todos los procesos físicos debían obedecer a ciertas simetrías fundamentales, lo que significa que permanecen invariables cuando otras cosas cambian a su alrededor. La forma en que una pelota responde a la gravedad de la Tierra, por ejemplo, no se ve afectada por su color.
Una simetría clave en la física de partículas era la paridad, que obligaba a que todo permaneciera igual incluso si todas las posiciones y orientaciones estuvieran voltea
das como en un espejo. Lee y Yang propusieron una prueba experimental para violaciones de la paridad. Cuando la física chino-estadounidense Chien-Shiung Wu construyó y ejecutó el experimento, descubrió que la paridad podía ser violada ocasionalmente. Este fue un descubrimiento tan significativo que Lee y Yang –aunque no Wu– recibieron el Premio Nobel de Física al año siguiente.
A Lee y Yang también se les ocurrió una explicación bastante descabellada. Propusieron que, en realidad, la paridad se conservaba y solo parecía violarse porque estábamos mirando la mitad de la imagen. “Sugirieron que la paridad se rompe en nuestro universo únicamente porque hay otro sector donde la paridad se rompe en la dirección contraria —señala Zurab Berezhiani, de la Universidad de L’Aquila (Italia). Y añade—: Por lo tanto, se conserva en su totalidad”.
ESTE CONCEPTO DE UN MUNDO DE MATERIA ESPEJO NO ENCONTRÓ APOYO en aquel momento, pero, ante una serie de problemas insolubles en la física de partículas fundamentales, investigadores como Broussard y Berezhiani han comenzado a adoptarlo nuevamente. De hecho, según Berezhiani, es posible que ya hayamos visto signos de su existencia. Ambos creen que las huellas dactilares de ese mundo pueden verse claramente en el comportamiento del neutrón, una de las tres partículas en las que se descomponen los átomos. Con el tiempo, los neutrones que se hallan fuera de un núcleo atómico se desintegran en las otras dos partículas –electrones y protones– en el proceso de desintegración beta. Durante décadas, hemos tratado de determinar exactamente cuánto tiempo viven esos llamados neutrones libres antes de descomponerse, y hemos estado obteniendo resultados extrañamente contradictorios.
Existen dos formas principales de medir la duración de la vida de un neutrón libre: mediante botella y mediante haz. El experimento de la botella es bastante sencillo. Emplea un campo magnético débil para acumular neutrones en lo que se denomina una trampa de botella. Luego espera una cierta cantidad de tiempo antes de contar cuántos neutrones quedan. Según este método, el neutrón vive de media 14 minutos y 39 segundos.
El experimento del haz, por el contrario, cuenta el número de protones que emergen de un haz de neutrones canalizados desde un reactor nuclear. Cada protón solo puede aparecer como resultado de un neutrón en descomposición. Usando cálculos basados en la intensidad del haz, este método establece la vida del neutrón en 14 minutos y 48 segundos. Y ahí está el problema. “Esas dos mediciones deberían ser idénticas”, afirma Berezhiani. Al principio, los físicos pensaron que esos nueve segundos adicionales podrían atribuirse a un error experimental. Pero a medida que hemos mejorado nuestras habilidades técnicas y reducido los errores en las mediciones, nuestra certeza sobre ambos resultados no ha hecho más que crecer. Existen, al parecer, dos periodos de vida del neutrón diferentes.
EL MUNDO ESPEJO PODRÍA SER EL CULPABLE, SI EXISTE. UNA CARACTERÍSTICA CLAVE DE ESTOS MODELOS, según Berezhiani, es que los neutrones oscilan atrás y adelante entre ambos mundos. “Al pasar por un campo magnético, la probabilidad de oscilación aumenta”, explica. La asombrosa sugerencia es que los neutrones son solo residentes a tiempo parcial de nuestro universo. El resto de su tiempo lo pasan en un plano paralelo de realidad, donde los protones que emiten pasarían desapercibidos.
Si uno de cada cien neutrones cruzara al mundo espejo antes de emitir un protón, eso explicaría la mayor duración de la vida útil de los neutrones medida en los campos magnéticos de los experimentos de haces. “Es una explicación muy natural”, opina Berezhiani.
Y eso no es todo lo que el sector espejo es capaz de hacer. “Muchos otros acertijos pueden ser explicados de manera natural usando el mismo modelo con los mismos parámetros”, dice Wanpeng Tan, de
Si existen moléculas y planetas espejo, es lógico esperar que haya una versión espejo de la vida
la Universidad de Notre Dame, en Indiana (EE. UU.). El universo alternativo podría incluso proporcionar un escondite para la materia oscura y explicar por qué es tan difícil de encontrar. “El neutrón espejo parece un buen candidato a materia oscura —afirma Rabindra Mohapatra, físico teórico de la Universidad de Maryland (EE. UU.)—: Es muy convincente”.
Y aún resulta más convincente cuando aprendes cosas acerca de la cantidad de materia espejo que debería existir. Para ser consistente con nuestros modelos de evolución del universo temprano, el sector espejo debe haber sido mucho más frío que el nuestro. Con demasiado calor, algo de materia espejo se habría filtrado a través de la división, lo que habría aumentado la atracción gravitacional entre partículas en nuestro propio cosmos y lo habría llevado por un sendero histórico diferente. Esa diferencia de temperatura, a su vez, habría hecho mucho más fácil que las partículas cruzaran hacia el universo espejo y oscilaran fuera de nuestro propio mundo para siempre. Los modelos espejo mejor desarrollados sugieren la existencia de cinco partículas espejo por cada partícula regular: exactamente la receta dada por nuestras mediciones cosmológicas sobre la proporción de materia oscura respecto a la normal.
Además, ya que las partículas de nuestro universo formaron estrellas, planetas y, eventualmente, personas, parece razonable esperar que también haya una versión espejo de la vida –y significativamente mayor que la que podemos ver en nuestro mundo–. “En el universo espejo, tendría lugar con una frecuencia cinco veces mayor”, dice Berezhiani. ¿Quién sabe? Incluso podría haber una especie humana espejo tratando de averiguar por qué su materia oscura es cinco veces menos abundante que su materia normal.
Grandes teorías, pero encontrar la prueba concluyente no es nada sencillo. Un sector espejo incrustado en nuestro propio universo tendrá cero interacción con tres de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza: la nuclear fuerte, la débil y la fuerza electromagnética. “No interactuará con nosotros excepto por la gravedad, y la gravedad es demasiado débil para experimentar con ella”, dice Yuri Kamyshkov, quien investiga la materia espejo en la Universidad de Tennessee, en Knoxville (EE. UU.).
LA RESPUESTA PODRÍA HALLARSE EN MEJORES EXPERIMENTOS SOBRE LA DURACIÓN DE LA VIDA de los neutrones. En 2012, Berezhiani publicó un artículo en el que afirmaba que algunos experimentos previos en los que se colocaba una botella de neutrones dentro de un campo magnético variable habían detectado una señal consistente con los neutrones espejo. Su sugerencia es que una pequeña cantidad de materia espejo es arrastrada a través de nuestro mundo por la rotación de la Tierra. El movimiento de partículas especulares que transportan cargas –electrones espejo, digamos– crearía campos magnéticos espejo en ciertos campos magnéticos ordinarios.
Esa idea intrigó a Klaus Kirch y a sus colegas del Instituto Paul Scherrer, en Villigen (Suiza). Utilizaron un aparato más sensible con la capacidad potencial de probar la posibilidad de que los campos magnéticos espejo afecten a la duración de la vida de los neutrones dentro de una trampa de botella, tal como sugería la señal detectada.
Kirch pensó que aquella señal era descabellada, pero lo suficientemente inte--
resante como para investigarla. “El punto de vista del experimentalista es ‘si algo no parece completamente absurdo, ¿se puede probar?’. Realmente no creo que las señales estén ahí, y hemos diseñado un experimento que puede refutarlas. Veremos qué sale de él”, explica Kirch. El ejercicio implicó la aplicación de campos magnéticos de fuerza variable al aparato para ver si afectaban a la cantidad de neutrones en la trampa. “El experimento ya está completo, pero el equipo todavía está analizando los datos”. [Al cierre de esta edición, los resultados aún no han sido publicados].
Broussard está observando todo con interés. Junto con sus colegas de Oak Ridge, se prepara para poner a prueba las predicciones de Berezhiani sobre los campos magnéticos que causan oscilaciones de neutrones en un experimento, específicamente diseñado, que debería ofrecer más detalles y control que el aparato de Suiza.
EL CONCEPTO DE LA PRUEBA ES BASTANTE SIMPLE: disparar un haz de neutrones contra una pared gruesa que no pueden penetrar. Si un detector de neutrones detrás de la pared detecta neutrones, podría deberse a que han pasado a ser neutrones espejo por el camino, no han visto la pared porque existe en un sector diferente del universo y luego han vuelto a ser neutrones normales antes de golpear el detector. “Solo se pueden detectar los que son capaces de oscilar y luego regresar a nuestro universo”, apunta Broussard.
Al ir variando los campos magnéticos a ambos lados de la pared, Broussard quiere ver si es capaz de encontrar una fuerza y forma de campo que incremente la cantidad de neutrones que pasan a través de la pared. “Si mis números son correctos, deberían ver algo”, opina por su parte Berezhiani.
El aparato está construido y listo para funcionar. A pesar de que Broussard está emocionada, no espera un gran avance en la primera ejecución: nadie sabe qué campos magnéticos podrían aumentar lo suficiente la probabilidad de oscilaciones.
PERO SI EL EQUIPO DE KIRCH VE UNA SEÑAL EN SUS DATOS QUE PUDIERA SER CONSISTENTE CON LA EXISTENCIA DE NEUTRONES ESPEJO, Broussard y su equipo podrían buscar el campo magnético correspondiente con un enfoque independiente. Si el recuento de neutrones varía con la presencia o ausencia del campo magnético, eso sugeriría la existencia de un universo espejo.
Kamyshkov, que colabora con Broussard, cree que estamos cerca de un hito importante. “La probabilidad de encontrar algo es baja, pero es un experimento simple y económico —afirma—. Dado que un resultado positivo marcaría el comienzo de una revolución en la física, tenemos que intentarlo”. Incluso si estos experimentos encontraran neutrones espejo, Broussard cree que aún se requeriría mucho trabajo para demostrar que encajan como materia oscura –y como pobladores del resto del sector espejo–. “Diría que es un buen primer paso, pero creo que todavía hay desafíos que resolver”, comenta la investigadora.
¿Y si no hallásemos los neutrones espejo? Una cosa de la que Broussard está segura es que el universo espejo no morirá. “Los teóricos son muy buenos evadiendo las trampas que los experimentadores les dejan. Siempre encontrarás a alguien feliz de mantener viva la idea”, opina Broussard. Pero con la cantidad de problemas que los físicos no han logrado resolver mediante sus teorías actuales, puedes perdonarles que miren en el espejo.
Quizá hayamos visto ya en la conducta del neutrón señales de la existencia de un mundo espejo