He visto cosas

Caminar por la Riva del Carbon me trae inevitablemente a la memoria una de las particularidades del átomo de carbono, base de la única forma de vida que conocemos en el universo: la del planeta Tierra.

Una de las razones por las que el carbono resulta fundamental en la arquitectura de la materia es su capacidad para formar enlaces muy fuertes y, al mismo tiempo, versátiles. La clave está en sus cuatro electrones de valencia, situados en su capa más externa.

Los electrones, esas diminutas partículas que podríamos imaginar como los abrazos con los que los átomos se enlazan entre sí.

El electrón fue la primera partícula subatómica en ser descubierta. En 1897, el físico J. J. Thomson los identificó mediante un experimento con uno de los dispositivos más novedosos de la época: los tubos de rayos catódicos.

Thomson dedujo que se trataba de partículas con carga negativa y que su relación carga/masa era mucho mayor que la de cualquier objeto previamente medido. A esta nueva entidad la llamó electrón.

Lo que distingue a este pequeño puente de los demás es una antigua tradición veneciana que le atribuye un privilegio singular.

Es el único punto de la ciudad desde el que puede contemplarse el Campanile de San Marco.

Esa supuesta exclusividad lo convierte, por así decirlo, en un puente alfa. Del mismo modo que en una manada de lobos siempre hay un individuo que sobresale sobre los demás por su fuerza, experiencia o astucia, este modesto puente habría logrado imponerse a todos los demás gracias a una perspectiva que ninguno otro posee.

En 1917, Ernest Rutherford continuaba investigando los fenómenos radiactivos descubiertos años antes por Henri Becquerel, Pierre Curie y Marie Skłodowska-Curie. Rutherford había identificado tres tipos distintos de emisiones radiactivas. A la primera de ellas (quizá porque también parecía ocupar una posición dominante) la bautizó con la primera letra del alfabeto griego: alfa.

Aquellas partículas alfa se convirtieron en proyectiles con los que bombardeó distintos materiales. Uno de ellos fue el nitrógeno. Al analizar los productos de esas colisiones observó la aparición de núcleos de hidrógeno. Por entonces ya se sabía que el número atómico del hidrógeno era uno, así que Rutherford propuso que su núcleo constituía una partícula fundamental dotada de carga positiva. La llamó protón (aunque eso fue algo más tarde, en 1920), palabra derivada del griego prôtos, que significa «el primero».

Te sorprenderá encontrar un encabezado de desplegable numerado con un paso no entero. La explicación es mucho más prosaica de lo que imaginas.

Se me había olvidado una partícula y no estoy por la labor de renumerar toda la entrada. Así que este desplegable es, en realidad, lo último que escribo para completar este recorrido. Salvo, claro está, que reciba alguna corrección de Francis Villatoro, a quien considero una auténtica cima del conocimiento enciclopédico en física. Confío en que sus observaciones se limiten al contenido de estos desplegables y no a mis itinerarios por los puentes de Venecia.

La partícula olvidada no era precisamente una cualquiera. Es la más abundante del universo. La que hace posible que podamos ver y la que, hasta hace apenas unas décadas, era el único mensajero que nos permitía contemplar el pasado remoto del cosmos.

Si todavía no sabes de cuál hablo, empezaré a preocuparme.

Exacto. El fotón.

Casi todo el mundo sabe que el fotón es el cuanto de la luz. Sin embargo, durante siglos la luz se entendió como una onda electromagnética y no como un flujo de partículas.

Bueno… hagamos una excepción con Newton y aquel efímero sueño corpuscular que concibió en Woolsthorpe, donde incluso desarrolló una descripción matemática de la luz basada en pequeños corpúsculos.

A comienzos del siglo XX, Max Planck resolvió el problema de la radiación del cuerpo negro introduciendo la cuantización de la energía. Pero ni siquiera él llegó a pensar que la propia luz estuviera formada por partículas.

Ese paso lo dio Albert Einstein.

En uno de los artículos de su annus mirabilis de 1905 explicó el efecto fotoeléctrico, el trabajo que años más tarde le valdría el Premio Nobel de Física.

Si Planck había cuantizado el intercambio de energía entre la radiación y la materia, Einstein fue mucho más lejos al proponer que la luz estaba realmente compuesta por cuantos de energía. Solo así podía entenderse que un metal emitiera electrones únicamente cuando cada cuanto de luz poseía la energía suficiente para arrancarlos. Da igual cuántos cuantos (menuda paronomasia me ha salido😂) de baja energía incidan sobre un electrón: ninguno conseguirá expulsarlo si, individualmente, no supera el umbral necesario.

Pero Einstein era un teórico. Su propuesta explicaba los experimentos, aunque nadie había observado todavía un fotón comportándose como una partícula. Bueno… quizá sí, si descontamos los que rebotaban en los ojos de aquellos seress con falda por las que, según parece, sentía una especial debilidad.

Hubo que esperar hasta 1923 para que el físico estadounidense Arthur Compton demostrara experimentalmente que el fotón transporta momento lineal, una propiedad que hasta entonces parecía reservada a la materia.

Compton hizo incidir rayos X sobre electrones casi libres y comprobó que la radiación dispersada cambiaba de longitud de onda exactamente del modo esperado si los fotones chocaban con los electrones como diminutas bolas de billar. Aquel experimento se convirtió en una de las demostraciones más brillantes de la naturaleza corpuscular de la luz.

La deducción matemática del efecto Compton fue una de las primeras pizarras que mi profesor de Física Cuántica de segundo curso, Rafael Núñez-Lagos, llenó con tiza los primeros días de clase. Todavía conservo aquellos apuntes. Y, aunque ya no sería capaz de reproducir toda la demostración sin consultar algún libro, cada vez que vuelvo a verla recuerdo la sensación de estar contemplando cómo una ecuación era capaz de revelar un secreto de la naturaleza. Afortunadamente en sus clases no me iba a jugar al guiñote al ya desaparecido Bar Chirolas que estaba en la calle Arzobispo Apaolaza, justo al lado del recinto universitario.

El Ponte al civico 4934 también es conocido como Ponte de le Acque, ya que constituye la prolongación natural de la calle que lleva ese mismo nombre.

Un paso de agua sobre agua. Demasiada agua, quizá, para algunos lectores, que a estas alturas podrían empezar a encontrar cierta monotonía caminando al lado del líquido elemento. Pero, desde luego, no podréis decir que el agua sea pesada.

Bueno, en realidad sí existe el agua pesada.

Se trata de una variedad particular de agua en la que los dos átomos de hidrógeno que acompañan al oxígeno son núcleos de deuterio, es decir, núcleos formados por un protón y un neutrón. Podemos asegurar sin riesgo a equivocarnos que solo 1 de cada 3300 moléculas de las aguas del canal es pesada.

Y es precisamente ese neutrón es el involuntario protagonista del tercer paso hacia el conocimiento de lo más pequeño que acompaña nuestra historia.

En 1932, el físico inglés James Chadwick identificó una misteriosa radiación extremadamente penetrante al bombardear núcleos ligeros, como los de berilio, con partículas alfa en el célebre Cavendish Laboratory. Aquella radiación tenía una característica desconcertante: no era desviada por los campos eléctricos.

En un primer momento se pensó que podía tratarse de rayos gamma, cuya existencia ya era conocida. Sin embargo, los cálculos teóricos y los experimentos posteriores demostraron que aquella explicación no encajaba con las observaciones. Entre quienes contribuyeron a esclarecer el problema se encontraba Ettore Majorana, cuyos trabajos ayudaron a comprender la naturaleza de la nueva partícula.

La conclusión fue extraordinaria: aquella radiación estaba compuesta por partículas eléctricamente neutras y con una masa muy similar a la del protón. Había sido descubierto el neutrón, la pieza que faltaba para completar la imagen básica del núcleo atómico y comprender por qué los átomos podían existir sin que sus protones se repelieran hasta desintegrarse.

Un sotoportego —o sotoportico, según otras fuentes— es una calle sumergida bajo las casas, un pasaje que parece ocultarse en el interior mismo de la ciudad. A veces la realidad física también permanece sumergida, aunque no bajo ladrillos y piedras de Istria, sino entre ecuaciones matemáticas. Y, por inverosímiles que puedan parecer algunas de sus soluciones, estas suelen ser una señal de que la naturaleza guarda sorpresas aún no descubiertas.

La siguiente partícula fundamental fue anticipada precisamente de ese modo: como una solución inesperada de una ecuación propuesta por Paul Dirac. Una solución tan audaz que algunas de las mayores eminencias de la época la descartaron por considerarla un mero artificio matemático.

La historia merece una entrada propia, que tengo desde hace tiempo entre mis borradores — dedicada a la fábrica de antimateria del CERN— y que espero retomar cuando concluya esta aventura veneciana.

Aquí me limitaré a su descubrimiento. En 1932, el físico Carl David Anderson identificó en los productos originados por los rayos cósmicos una partícula que parecía un electrón, pero con carga positiva. La observó gracias a una cámara de niebla sometida a un campo magnético: la nueva partícula describía una curvatura idéntica a la del electrón, aunque en sentido contrario. Tenía la misma masa, pero la carga opuesta.

Había sido descubierto el positrón, la primera partícula de antimateria, exactamente la que las ecuaciones de Dirac habían anticipado años antes.

Y ya que mencionamos a Dirac, merece la pena recordar una anécdota. Su legendaria timidez y extrema economía verbal dieron origen a una unidad humorística de medida: el dirac, definido como una palabra por hora de conversación. Una magnitud que, confirmo, habría resultado muy útil para cuantificar mis diálogos durante las largas jornadas de paseos venecianos.

Pignoli, en italiano, hace referencia a las semillas del pino: los piñones. Y aunque el nombre de la siguiente partícula descubierta rima perfectamente con esa palabra, también lo hacen con casi todas las demás, de modo que la relación resultaría demasiado elemental incluso para los estándares de esta crónica.

Prefiero aferrarme a otro significado del nombre del puente, mucho más sugerente para nuestro propósito. En italiano, un “pignoli” es alguien meticuloso, detallista, minucioso hasta el extremo.

Pero hagamos un breve inventario de los descubrimientos acumulados hasta este puente.

Ya hemos conocido el electrón, el protón y el neutrón, los tres ingredientes fundamentales de toda la materia ordinaria. También hemos descubierto el positrón, que no es otra cosa que un electrón con carga positiva y, por tanto, la primera partícula de antimateria identificada.

Lo lógico hubiera sido buscar a continuación las antipartículas del protón y del neutrón. Sin embargo, la naturaleza rara vez se preocupa por satisfacer nuestras expectativas y en los rayos cósmicos todavía aguardaban sorpresas.

En 1937, los físicos Carl David Anderson y Seth Neddermeyer examinaban con extraordinaria minuciosidad las trazas dejadas por los rayos cósmicos en una cámara de niebla. Entre ellas encontraron una partícula con carga negativa cuya trayectoria se curvaba bajo la acción de un campo magnético. Hasta ahí nada especialmente sorprendente.

Lo curioso era la desviación de la trayectoria. No se comportaba ni como un electrón ni como un protón. Su radio de curvatura ocupaba una posición intermedia entre ambos. Como dicho radio depende, entre otras cosas, de la masa de la partícula, aquello significaba que se encontraban ante un objeto cuya masa también se situaba entre las de esas dos partículas ya conocidas.

Inicialmente recibió el nombre de mesotrón, precisamente porque parecía ocupar una posición intermedia. Más tarde, cuando se descubrieron otras partículas de masa intermedia fue necesario poner algo de orden en el creciente zoológico subatómico y pasó a denominarse muón.

Y fue precisamente la meticulosidad de aquellos físicos —unos auténticos físicos pignoli— la que permitió sacar a la luz la verdadera naturaleza de esta extraña partícula. Y como también eran muy perfeccionistas —otra acepción de “pignoli”— también descubrieron el anti-muón, que solo se en la carga de su correspondiente contrapartida de materia ordinaria.

La calle desde la que está tomada la fotografía es la Calle del Gambaro. En la esquina con la Calle dei Fabbri se encuentra el Bistrot de Venice, uno de esos lugares a los que merece la pena llevar a tu pareja para poner el broche final a una jornada veneciana.

Porque, seamos sinceros, ¿qué sería de Venecia sin sus restaurantes, sus mesones y esas mesas junto al agua en las que el tiempo se estira como en un horizonte de sucesos de un agujero negro?

Pero hablemos ahora de otros mesones. No de los que sirven viandas y vino, sino de los que fueron predichos en 1935 por el físico japonés Hideki Yukawa como portadores de la fuerza nuclear fuerte.

El nombre no es casual. Yukawa buscaba una partícula de masa intermedia entre la del electrón y la del protón, y por ello recurrió al término griego mesos, «medio» o «intermedio». Así nacieron los mesones de la física, unas partículas cuya misión sería explicar cómo los protones y neutrones permanecen unidos dentro del núcleo atómico a pesar de la repulsión eléctrica que debería separarlos.

Cuando se descubrieron los muones, muchos físicos pensaron que encajaban perfectamente en la teoría propuesta por Hideki Yukawa. Parecían poseer la masa intermedia que él había predicho para las partículas responsables del «pegamento nuclear». Sin embargo, las evidencias experimentales acabaron demostrando que los muones no participaban en absoluto en la fuerza que mantiene unidos protones y neutrones dentro del núcleo.

En 1947, el físico británico Cecil Powell identificó en unas placas fotográficas expuestas a la radiación cósmica en el observatorio de Pic du Midi en los Pirineos las trazas de unas nuevas partículas que recibieron el nombre de piones cargados, π⁺ y π⁻. (Y no, no me refiero a gorriones de cien kilogramos, como en aquel viejo chiste).

Por este descubrimiento Powell recibiría el Premio Nobel. Poco después, en 1949, se identificó —o, para ser más precisos, se infirió experimentalmente— la existencia del pión neutro, π⁰, en experimentos realizados en un ciclotrón en California.

La elección de la letra π para bautizar estas partículas tampoco fue casual. El propio Yukawa explicó que el carácter japonés 介, asociado a la idea de «mediar» o «intervenir entre dos partes», evocaba visualmente la forma de la letra griega.

Uno esperaría que un puente llamado Ponte del Teatro diera acceso a un teatro. Sin embargo, si te sitúas en su punto más alto y giras sobre ti mismo, completando los trescientos sesenta grados de rigor, no encontrarás ninguno.

Lo que verás será una iglesia, unos juzgados y un supermercado. Resulta extraño, ¿verdad?

Más extraño aún fue el descubrimiento del siguiente ladrillo con el que está construida la realidad.

En 1947, en Manchester, el físico inglés George Rochester observó en una cámara de niebla las trazas de lo que parecía ser una partícula neutra que se desintegraba en dos piones cargados, esas partículas que acababan de incorporarse al creciente catálogo subatómico.

La sorpresa fue mayúscula. Pero no sería la última.

Un par de años más tarde, una estudiante llamada Rosemary Fowler identificó una partícula muy similar que, en lugar de desintegrarse en dos piones, lo hacía en tres.

Aquello era profundamente desconcertante. Me refiero al proceso de desintegración en tres partículas en lugar de dos, no a que la protagonista del descubrimiento fuera una mujer.

También lo era el hecho de que estas partículas poseyeran tiempos de vida extraordinariamente largos en comparación con otras partículas sometidas a la interacción fuerte. Algo no encajaba.

Con el tiempo se comprendió que aquellas desintegraciones no estaban gobernadas por la interacción fuerte, sino por la interacción débil, mucho más lenta. Y aunque la explicación completa requeriría adentrarnos en detalles algo más técnicos que esta caminata veneciana, lo cierto es que aquellas partículas parecían comportarse de una manera tan insólita que acabaron recibiendo un nombre muy apropiado: partículas extrañas.

Esta extraña familia de partículas fue bautizada con el nombre de kaones: K⁺, K⁻ y dos estados neutros, agrupados bajo la denominación K⁰.

Hoy sabemos que los kaones están formados por pares de quarks y que uno de sus componentes es el quark strange («extraño»), el primer representante de una nueva generación de constituyentes de la materia. Se abría una nueva puerta hacia territorios mucho más exóticos de la física.

Universos tan exóticos que parecerían propios de otro Strange; el Doctor Stephen Strange, experto en multiversos, dimensiones alternativas donde demonios como Cyttorak o Dormammu son amos y señores

La fotografía del Ponte Michiel fue una auténtica pesadilla. No encontré ningún lugar desde el que encuadrarlo en su totalidad. Ni siquiera la distancia adicional que proporcionaba mi inseparable palo selfie bastaba para ampliar el campo de visión de la cámara lo suficiente.

Una pesadilla aún más desconcertante fue la que comenzaron a vivir los físicos de la década de 1950 tras el descubrimiento de una nueva partícula (o, mejor dicho, de toda una familia de ellas) cuya masa superaba a la de protones y neutrones.

Sus masas resultaban comparables a las de las partículas Lambda, descubiertas casi al mismo tiempo. Y, como ocurría con la mayor parte de los hallazgos de aquella época, su existencia se reveló gracias al único laboratorio de altas energías del que disponían entonces los físicos: la atmósfera terrestre. Los rayos cósmicos, al colisionar con los núcleos del aire, dejaban sus efímeras firmas grabadas en cámaras de niebla, emulsiones fotográficas y cámaras de burbujas.

Aquellas nuevas partículas recibieron el nombre de Sigma (Σ). Lo más llamativo era que aparecían en varios estados de carga eléctrica: Σ⁻, Σ⁰, Σ⁺ e incluso otras resonancias relacionadas descubiertas posteriormente. El zoológico subatómico comenzaba a ser un conjunto enorme casi tanto como el de los puentes de Venecia.

La extrañeza ya no era una simple curiosidad experimental. Estaba a punto de convertirse en la pista que inspiraría a uno de los físicos más brillantes del siglo XX: Murray Gell-Mann.

Si uno se detiene a observar la orientación de estos tres puentes y prolonga mentalmente sus trazados, acaba emergiendo una figura geométrica familiar: un triángulo que recuerda, de manera sorprendente, a la letra griega Delta (Δ).

Y precisamente una nueva partícula a la que se denominaría con esa letra griega fue la siguiente incorporación al creciente bestiario subatómico de los años cincuenta.

La ya populosa familia de bariones aumentó gracias a los recién inaugurados aceleradores de partículas. Los ciclotrones de la University of Chicago y el ciclotrón-sincrotrón de la University of Pittsburgh permitieron por primera vez producir de forma controlada colisiones que hasta entonces solo podían observarse de manera esporádica en los rayos cósmicos.

Entre quienes participaron en aquella nueva era de la física experimental se encontraba Enrico Fermi, uno de los grandes arquitectos de la física nuclear moderna. Los experimentos de dispersión entre piones y protones revelaron la existencia de la nueva familia de partículas, conocidas desde entonces como resonancias Delta (Δ).

Aquellos estados resultaban extraordinariamente efímeros. Vivían apenas una fracción infinitesimal de segundo antes de desintegrarse, pero dejaban tras de sí una huella inequívoca en los detectores.

El descubrimiento de las Delta constituyó uno de los pasos decisivos hacia la formulación del modelo de quarks y, más tarde, de la cromodinámica cuántica, la teoría que describe cómo los quarks permanecen confinados en el interior de hadrones mediante el intercambio de gluones.

Se había dado un paso más y lo que se creía fundamental, dejaba de serlo para dar paso a un nuevo nivel de realidad en la naturaleza.

Tres han sido los pasos cubiertos que hemos atravesado desde el último puente visitado hasta este de la Scuola.

Siguiendo con la anterior mimetización caligráfica, podríamos decir que la siguiente partícula descubierta guarda cierta analogía con esos tres puentes: la partícula Xi (Ξ).

Se trata de un nuevo barión que, ya en 1953, comenzaban a perfilarse como una estructura compuesta por tres constituyentes internos. Los físicos teóricos, apoyándose en las evidencias acumuladas por los experimentales, trataban de imponer cierto orden en aquel maremagnum de datos, trazas y resonancias que la naturaleza iba revelando.

El descubrimiento de esta partícula tiene, además, un significado especial para nosotros. Fue la primera —y probablemente la única ocasión— en la que un físico español participó como investigados principal en el hallazgo de una partícula fundamental. El físico Rafael Armenteros se formó en el Reino Unido gracias a una beca de la Segunda República Española y formó parte de aquella generación de científicos exiliados que, durante la dictadura, mantuvieron vivo el pulso de una ciencia española huérfana de muchos de sus mejores nombres.

Su lema parecía resonar con especial fuerza en aquel contexto: la célebre estrofa de otro exiliado, Antonio Machado: «Caminante, no hay camino, se hace camino al andar». Y así, en cierto modo, también él avanzó por las procelosas aguas del vacío cuántico, ayudando a trazar senderos —y métodos matemáticos— donde antes solo había incertidumbre.

Vamos a tomarnos un respiro en nuestro recorrido por la historia del descubrimiento de los ladrillos de la realidad. Hasta ahora he mencionado repetidamente cámaras de niebla y cámaras de burbujas, pero todavía no he explicado qué eran ni por qué resultaron tan revolucionarias.

El primer detector capaz de hacer visible el paso de las partículas fue la cámara de niebla, inventada en 1911 por el físico escocés Charles Thomson Rees Wilson, una aportación que le valdría años después el Premio Nobel.

Wilson fue, en cierto modo, el Prometeo de la física de partículas. Entregó a la humanidad la herramienta que permitiría iluminar un territorio inaccesible para cualquier microscopio: el mundo subatómico.

La cámara de niebla es un dispositivo diseñado para hacer visible el paso de partículas o radiaciones ionizantes. Se denomina así a aquellas capaces de arrancar electrones de los átomos de la materia que atraviesan, dejando tras de sí una estela de átomos cargados eléctricamente.

El aparato consistía en un recipiente cerrado que contenía vapor de agua o alcohol en estado supersaturado y superenfriado. Cuando una partícula cargada atravesaba la cámara, ionizaba las moléculas presentes en su trayectoria. Esos iones actuaban entonces como núcleos de condensación sobre los que se agrupaban diminutas gotas de líquido, formando una fina estela de niebla que hacía visible el camino recorrido por la partícula.

Y la historia no termina ahí. Si se aplicaba un campo magnético a la cámara, las trayectorias dejaban de ser rectas y comenzaban a curvarse. El sentido de la curvatura revelaba el signo de la carga eléctrica, mientras que el radio de la curva proporcionaba información sobre la velocidad y la masa de la partícula. De este modo, los investigadores podían identificar a los visitantes invisibles que llegaban desde materiales radiactivos o desde la radiación cósmica que bombardea continuamente la Tierra.

Mi relación con Venecia incluye, inevitablemente, la niebla. La niebla fría, opaca e invernal que acompaña, en ocasiones, a los carnavales y transforma la ciudad en algo más cercano a un sueño que a un lugar real.

He visitado Venecia en tres ocasiones durante el Carnaval, celebrado en febrero o, algunas veces, ya entrado marzo, según dicte el nada caprichoso ciclo lunar que determina la fecha de la Pascua. En la primera de aquellas visitas —corría el año 1997— el aliento del Dragón, según la expresión de Merlín en Excalibur de John Boorman (los incondicionales de la película sabrán perfectamente a qué me refiero), se extendía sobre la laguna envolviendo calles y canales, máscaras y fachadas, visitantes y enamorados en una atmósfera casi irreal.

Puede parecer una desgracia encontrarse Venecia cubierta por la niebla. Sin embargo, pocas experiencias resultan tan memorables como doblar una esquina o alcanzar un puente y descubrir de pronto, emergiendo de la blancura, a un arlequín, una bauta, una colombina o un Médico della Peste. Figuras que aparecen y desaparecen entre el vapor de agua como si surgieran de lo más recóndito del subconsciente.

Son estos encuentros fugaces que la niebla convierte en apariciones y que permanecen mucho tiempo grabados en la memoria, mucho después de que la ciudad haya quedado atrás — si es que alguna vez lo hace—.

La cámara de burbujas fue el siguiente paso natural en la evolución de los detectores de radiación y partículas.

Su principio de funcionamiento guarda un notable parecido con el de la cámara de niebla que describí en el duodécimo paso. La diferencia fundamental es que, en lugar de emplear un vapor sobresaturado, utiliza un líquido en un estado metaestable. Cuando una partícula cargada atraviesa ese medio, ioniza los átomos a su paso y provoca la formación de una hilera de diminutas burbujas de vapor que delatan su trayectoria.

La cámara de burbujas ofrecía varias ventajas respecto a su predecesora. La principal era que el líquido detector posee una densidad mucho mayor que la de un gas. Dicho de otro modo: contiene más materia por unidad de volumen. Como consecuencia, aumentaba significativamente la probabilidad de que las partículas incidentes interactuaran con el detector y dejaran una señal observable.

Además, las burbujas generadas desaparecían con mayor rapidez, permitiendo preparar el dispositivo para una nueva observación en menos tiempo que las cámaras de niebla.

Mi relación con Venecia incluye, inevitablemente, las burbujas. No las que nacen del paso de una partícula ionizante a través de un líquido sobrecalentado, sino las que produce la segunda fermentación en una botella de cava o de champán: pequeñas esferas de dióxido de carbono liberadas por la paciente labor de las levaduras al digerir el azúcar en el universo líquido encerrado tras el vidrio —quién sabe si de Murano—.

Ni que decir tiene que he brindado con champán en alguno Palazzos venecianos. Pero, con mucha más frecuencia, mis burbujas han sido las de los innumerables Aperol Spritz con los que me he recompensado al final de cada jornada de caminatas, puentes y fotografías.

Te invito a realizar un experimento invernal desde la Fondamenta delle Zattere. Toma una copa de Aperol Spritz. Es importante que la experiencia tenga lugar precisamente allí, en esa estación y al final de la jornada; de otro modo, los resultados podrían no ser concluyentes.

Levanta la copa hacia el sol poniente, que en invierno se descuelga lentamente sobre la Giudecca. Deja que la radiación solar —afortunadamente no ionizante en este caso— atraviese el líquido anaranjado y las innumerables burbujas suspendidas en él antes de alcanzar tus ojos.

Quizá no descubras ninguna partícula fundamental ni obtengas un Premio Nobel, pero contemplarás el atardecer a través de tu propia cámara de burbujas. Las pequeñas esferas de gas dispersarán la luz, transformando la copa en un detector improvisado de colores, reflejos y destellos.

Y cuando el sol termine de hundirse en la laguna, siempre podrás anotar en tu diario —que considero imprescindible adquirir durante el primer día en Venecia— las observaciones del experimento. No las relacionadas con la física, sino las mucho más difíciles de medir: los sentimientos, recuerdos y pensamientos que esa singular experiencia haya despertado en ti mientras la ciudad se preparaba para la llegada de la noche.

Frati significa frailes. Sin embargo, siempre me ha gustado más otra palabra nacida de la misma raíz: fratello, hermano.

Y fue precisamente un hermano pródigo lo que la Física descubrió tras tantos hadrones pesados durante las décadas de los 40 y 50. Aunque, siendo rigurosos, no se trataba de un hermano, sino de su reflejo invertido: su antihermano.

En un primer momento, Paul Dirac propuso que el antielectrón predicho por su famosa ecuación era en realidad el propio protón. Sin embargo, en 1930, J. Robert Oppenheimer señaló las dificultades insalvables de aquella interpretación. Fue incluso más lejos y se atrevió a sugerir la existencia de una partícula aún no observada: el antiprotón. La razón era una simple cuestión de simetría. Si el protón hubiese sido realmente el antielectrón de Dirac, un hipotético átomo de antihidrógeno habría resultado inestable debido a la diferencia de masas entre sus componentes.

Hubo que esperar hasta 1955 para que aquella intuición adquiriera cuerpo experimental. Ese año, Emilio Segrè y Owen Chamberlain lograron producir los primeros antiprotones artificiales utilizando el entonces novedoso acelerador Bevatron de Berkeley. El hallazgo confirmó una de las predicciones más elegantes de la física del siglo XX y abrió una nueva ventana al estudio de la antimateria.

Como toda antipartícula que se precie, el antiprotón posee las mismas propiedades fundamentales que su contraparte material, salvo por el signo de determinadas magnitudes. La más evidente es la carga eléctrica: mientras el protón está cargado positivamente, el antiprotón posee carga negativa.

Del mismo modo, todos los puentes venecianos poseen su propi0 antipuente: el reflejo que las aguas de la laguna dibujan bajo sus arcos. Una imagen invertida, virada al verde en ocasiones, separada de su original por una delgada frontera líquida que hace las veces de espejo cósmico.

Confiemos en que puente y reflejo jamás lleguen a colisionar. La aniquilación simultánea de más de quinientos puentes y sus correspondientes antipuentes liberaría tal cantidad de energía en forma de fotones que el destello resultante no solo iluminaría la laguna, sino que podría contemplarse desde los confines del Universo. Venecia desaparecería en un fogonazo memorable, dejando tras de sí únicamente una nube de luz y el desconcierto de los astrónomos que tratarían de explicar por qué una pequeña ciudad del Adriático decidió convertirse, durante un instante, en una supernova arquitectónica.

El Rio del Santissimo constituye un caso extraordinario entre los canales de Venecia. Como ya has visto, desaparece bajo el conjunto formado por la iglesia y el antiguo convento de Santo Stefano, permitiendo que las aguas del Rio di Sant’Anzolo escapen discretamente hacia el Gran Canal por una salida oculta.

Si nos entretuviéramos en medir el caudal que circula por el Rio di Ca’ Garzoni y el que continúa por el Rio della Verona, comprobaríamos enseguida que las cuentas no salen. Falta agua. Algún canal escondido se la está llevando.

Algo muy parecido ocurrió durante décadas con la energía en uno de los procesos más intrigantes de la física nuclear: la desintegración beta.

Este tipo de desintegración se diferenciaba claramente de las emisiones alfa y gamma. En estas últimas, las partículas emitidas abandonaban el núcleo con energías muy bien definidas. Dicho de otro modo, el espectro de energías era discreto: todas las partículas salían prácticamente con la misma energía.

En la desintegración beta, en cambio, ocurría algo desconcertante. Te recuerdo que este proceso consiste en la transformación de un neutrón en un protón con la emisión de un electrón. Realmente en esos momentos la desintegración beta se observaba como la transmutación de un núcleo atómico en otro con el número atómico aumentado en una unidad y la emisión de un electrón. No se sabía de la existencia del neutrón ni se le esperaba. Pues bien, esos electrones no salían siempre con la misma energía. Unas veces abandonaban el núcleo muy energéticos; otras, apenas lo hacían. Las medidas realizadas durante las primeras décadas del siglo XX demostraban, sin lugar a dudas, que el espectro de energías era continuo.

Aquello planteaba un problema formidable.

Si en la desintegración solo intervenían el protón y el electrón, la energía del estado final resultaba inferior a la del estado inicial. Parecía que parte de la energía desaparecía sin dejar rastro.

Y no solo la energía.

También el momento lineal y el momento angular parecían dejar de conservarse. Los cimientos mismos de la física comenzaban a resquebrajarse.

En 1930, en un intento desesperado por salvar los principios de conservación, Wolfgang Pauli propuso una solución tan audaz como elegante. Sugirió que en la desintegración beta se emitía también una partícula neutra, de masa extraordinariamente pequeña y prácticamente indetectable, encargada de llevarse la energía y el momento «desaparecidos». En su famosa carta dirigida a sus «queridas damas y caballeros radiactivos», Pauli llegó a disculparse por proponer una partícula que, probablemente, jamás podría observarse.

Pocos años después, tras el descubrimiento del neutrón por James Chadwick, Enrico Fermi bautizó aquella nueva partícula con un nombre más apropiado: neutrino, es decir, «pequeño neutrón» en italiano.

Pero una cosa es predecir la existencia de una partícula y otra muy distinta demostrar experimentalmente que realmente existe.

El neutrino apenas interacciona con la materia. Miles de billones atraviesan cada segundo nuestro cuerpo sin dejar la menor huella. Por ello, la confirmación experimental hubo de esperar más de un cuarto de siglo.

Una idea propuesta por el físico chino Wang Ganchang consistía en aprovechar el proceso inverso de la desintegración beta para detectar antineutrinos procedentes de un reactor nuclear. Siguiendo esa estrategia, los físicos estadounidenses Clyde Cowan y Frederick Reines instalaron un detector —básicamente, una gran cantidad de agua que bien podría haber sido de la laguna véneta— junto a un reactor, donde el flujo de antineutrinos era inmenso.

No observaron los antineutrinos directamente. Detectaron el destello de luz producido cuando los positrones generados en la interacción se aniquilaban con electrones del detector, emitiendo dos fotones gamma perfectamente identificables. Aquellas señales constituían la firma inequívoca de la esquiva partícula postulada por Pauli.

Curiosamente, los primeros en ser detectados fueron los antineutrinos, antes incluso que los neutrinos. Con aquel experimento de 1956 no solo se confirmó una de las hipótesis más brillantes de la historia de la física: también se abrió la puerta a un universo fascinante, poblado por partículas capaces de atravesar estrellas, planetas… y también nuestros propios cuerpos, como si casi nada existiera. En ellos radica la respuesta a la pregunta que se hizo Parménides en el siglo VI A.D.C y Leibniz, siglos más tarde: ¿Por qué hay algo en lugar de nada?.

Cuando uno piensa en Verona, la ciudad más poblada del Véneto, lo primero que suele venirle a la mente es la inmortal historia de Romeo y Julieta.

Ambos personajes son, a primera vista, casi indistinguibles. Jóvenes, apasionados, nobles y dispuestos a desafiar el mundo por amor. Comparten prácticamente todas sus cualidades. Solo hay un rasgo que los separa: pertenecen a familias distintas. Él es un Montesco; ella, una Capuleto. Un simple apellido basta para convertirlos en enemigos irreconciliables y conducirlos a un destino trágico.

Algo parecido sucede con la siguiente incorporación al abarrotado zoológico de partículas de los años cincuenta. Existe una partícula que, aparentemente, es indistinguible de su hermana. Comparten masa, espín y prácticamente todas sus propiedades observables. Sin embargo, hay una característica que las diferencia por completo.

Me refiero a una nueva antipartícula: el antineutrón.

Llegados a este punto del recorrido, si te preguntara en qué se diferencia una partícula de su antipartícula, estoy convencido de que responderías sin dudar:

—En que tienen cargas eléctricas de signo opuesto.

Y tendrías razón… casi siempre.

Pero ¿qué ocurre cuando la partícula es eléctricamente neutra?

Ahí está la trampa.

En 1956, los físicos Bruce Cork, Glen Lambertson, Oreste Piccioni y William Wenzel descubrieron el antineutrón en el Bevatron del Laboratorio de Berkeley, haciéndolo aparecer en colisiones entre protones y antiprotones, estos últimos descubiertos apenas un año antes.

La pregunta resulta entonces inevitable.

Si el neutrón tiene carga eléctrica nula, ¿qué lo distingue de un antineutrón?

La respuesta no está en la carga eléctrica, sino en otros números cuánticos que, en aquella época, servían para catalogar las partículas que iban apareciendo.

Un neutrón quedaba caracterizado por:

• Número bariónico (B) = +1
• Espín (J) = ½
• Isospín (I) = ½
• Tercera componente del isospín (I₃) = −½
• Extrañeza (S) = 0
• Carga eléctrica (Q) = 0
• Momento magnético (μ) = −1,91

La teoría de Dirac establecía que una partícula se transforma matemáticamente en su antipartícula mediante una operación de simetría que invierte todos los números cuánticos asociados a las cargas conservadas. Aplicando esa transformación, el antineutrón quedaba descrito por:

• Número bariónico (B) = −1
• Espín (J) = ½
• Isospín (I) = ½
• Tercera componente del isospín (I₃) = +½
• Extrañeza (S) = 0
• Carga eléctrica (Q) = 0
• Momento magnético (μ) = +1,91

La explicación profunda de por qué esos números cuánticos adoptaban precisamente esos valores aún tardaría algunos años en llegar. En aquel momento, las teorías solo alcanzaban hasta ahí.

Y eso es, precisamente, una de las grandezas de la ciencia. Nunca ha pretendido poseer una verdad absoluta sobre la naturaleza. En cada época ofrece la mejor descripción compatible con las observaciones disponibles y, cuando aparecen nuevos datos, no duda en corregirse. Igual que un poeta pule una y otra vez sus versos hasta encontrar la palabra exacta, los físicos retocan sus ecuaciones buscando que reflejen, con la mayor fidelidad posible, la armonía del universo.

La prueba más convincente de que aquella nueva partícula era, efectivamente, el reflejo en antimateria del neutrón no estaba escrita en una ecuación, sino en un experimento: cuando un neutrón y un antineutrón se encuentran, ambos desaparecen, transformando toda su masa en energía.

Ese destino trágico de destrucción es el mismo que aparece en la historia de Romeo y Julieta. Dos seres casi idénticos, separados únicamente por una propiedad que parecía irreconciliable, cuyo encuentro solo podía terminar con la desaparición de ambos. Shakespeare lo convirtió en tragedia; la naturaleza, en una aniquilación fotónica.

El arco de este puente está formado por seis dovelas: dos grupos de tres (lo que viene a ser un triplete)perfectamente simétricos.

Las simetrías desempeñan un papel esencial en la física de partículas. De hecho, a comienzos de los años sesenta, el físico estadounidense Murray Gell-Mann —de manera independiente y casi simultánea al físico israelí Yuval Ne’eman— descubrió que el creciente zoológico de hadrones podía ordenarse mediante sorprendentes simetrías matemáticas. Había nacido el Eightfold Way, una clasificación en la que los bariones de espín ½ se organizaban en octetes y los de espín 3/2 en decupletes.

Dentro de ese octete, las partículas sigma forman un triplete de isospín. Aunque ya ha aparecido antes ese palabro, voy a resistir la tentación de explicarlo aquí. Bastante se está alargando ya esta entrada… y todavía me me queda preparar la presentación sobre el eclipse total..

En esa representación, los bariones sigma forman un triplete:

Pero ya hemos hablado de su descubrimiento en el noveno paso.

Permitámonos ahora un pequeño juego. Imaginemos que el triplete de dovelas situado a la izquierda representa precisamente a esa familia de partículas. Entonces, por pura simetría, el triplete de la derecha bien podría corresponder a sus reflejos en el espejo de la antimateria: las anti-sigma.

Aquí conviene detenerse un instante.

Quizá hayas pensado que la Σ⁻ es la antipartícula de la Σ⁺.

No es así.

Cada una de las tres posee su propia compañera de antimateria:

Las antipartículas conservan la masa y el espín de sus correspondientes partículas, pero invierten los números cuánticos asociados a las cargas conservadas.

Su descubrimiento se produjo en 1959. La anti-Sigma positiva fue observada en los experimentos realizados con el Bevatron de Berkeley. La anti-Sigma negativa, por su parte, fue identificada al otro lado del llamado Telón de Acero, en el Instituto Conjunto de Investigación Nuclear de Dubná (Rusia).

Entre los miembros de aquel equipo figuraba el físico nuclear vietnamita Nguyễn Đình Tứ, encargado de presentar el descubrimiento en una conferencia científica internacional.

Me gusta detenerme en las personas desconocidas. La historia de la física suele recordar a quienes formularon las grandes teorías, pero los descubrimientos experimentales son casi siempre el fruto de equipos numerosos. Rescatar del anonimato a algunos de sus integrantes —especialmente cuando proceden de países con escasa tradición científica o con menos recursos— también forma parte de hacer justicia a la historia. Y, quién sabe, quizá su ejemplo despierte alguna vocación en otro joven científico que hoy, en algún lugar del mundo, comienza a mirar con curiosidad hacia la naturaleza y se pregunte cómo funciona.

Según la tradición cristiana, San Cristóbal medía cinco codos de altura, unos 2,30 metros, y poseía un rostro terrible. Vamos, que bien podría haber pasado por hermano de Polifemo. Alcanzó la santidad ayudando a cruzar un río a un Cristo niño que no tuvo mejor ocurrencia que aumentar milagrosamente su peso para complicarle la tarea al gigantesco y poco agraciado porteador.

Una ocupación cuanto menos singular para alguien que, sin duda, habría sido considerado un extraño incluso entre los suyos debido a su imponente aspecto.

La siguiente partícula descubierta también era extraña. O, para ser más precisos, antiextraña.

En 1959, un equipo de científicos de la Universidad de California, dirigido por el físico Luis Álvarez, descubrió en la cámara de burbujas del Bevatron el antibarión más extraño conocido hasta ese momento: el antiLambda (Λ̄⁰).

Puede parecer un descubrimiento más en la larga lista de la física de partículas, pero supuso un hito importante. Demostró que todos los bariones conocidos poseían su correspondiente contraparte de antimateria. Hasta entonces solo se habían observado las antipartículas de los bariones protón y neutrón.

Hoy el antiLambda (Λ̄⁰) vuelve a estar de actualidad. Y, al igual que san Cristóbal, lo hace asociado a una de las circunstancias más extrañas imaginables.

En recientes observaciones realizadas por el experimento ALICE del CERN se ha conseguido identificar el núcleo de antimateria más extraño observado hasta la fecha: el antihiperhelio-4.

Este núcleo está formado por dos antiprotones, un antineutrón y un antiLambda (Λ̄⁰).

No podemos negar que el antiLambda se ha convertido en nuestro particular San Cristóbal, guiándonos a través del vado del conocimiento hasta la orilla, todavía misteriosa, de la antimateria.

Ya he comentado en ocasiones anteriores que los puentes storti son aquellos que cruzan los ríos (recuerda que en Venecia un canal es, en realidad, un río) de forma oblicua. Es como si, en lugar de construir un puente con dos tramos ortogonales, los catetos de un triángulo rectángulo, alguien hubiera optado por tenderlo directamente sobre la hipotenusa.

Eso invita a pensar que un puente storto es, en cierto modo, la combinación lineal de dos puentes rectos: uno que cruza el río y otro que avanza paralelo a la orilla.

Algo parecido ocurre con la siguiente partícula descubierta. También ella puede entenderse como una combinación lineal de otras más elementales. Claro que eso no se supo hasta unos años después, cuando los quarks vinieron a arrojar algo de luz sobre la oscuridad confinada del interior de los hadrones.

En 1961, el físico Aihud Pevsner, nacido en Haifa cuando la ciudad aún formaba parte del Mandato Británico de Palestina, y su equipo descubrieron un nuevo mesón en el acelerador Bevatron del Lawrence Berkeley Laboratory, en Estados Unidos.

El hallazgo de esta partícula neutra supuso un importante respaldo al modelo de los octetes de Murray Gell-Mann, que pocos años más tarde conduciría a la propuesta de los quarks como constituyentes fundamentales de bariones y mesones.

En ese lenguaje, el mesón η puede interpretarse como una superposición de distintos pares quark-antiquark de los tres sabores ligeros. Es decir, una combinación lineal de todas esas posibilidades. Una auténtica partícula storta.

Me pregunto quién fue la primera persona que identificó un trébol de cuatro hojas en la naturaleza. Resulta difícil imaginar que un botánico, después de haber visto únicamente tréboles de tres hojas, tuviera la feliz ocurrencia de pensar que debían existir otros con una hoja más.

Quizá los físicos no piensan como los botánicos. Tras la hipótesis de Pauli sobre la existencia del neutrino y su posterior descubrimiento experimental, relatado en el decimoquinto paso, algunos comenzaron a preguntarse si no habría más de uno.

Ya se había descubierto un primo pesado del electrón: el muón (véase el quinto paso). El físico Gerald Feinberg propuso que también debía existir un compañero neutro y ligerísimo para esta nueva partícula, del mismo modo que el electrón tenía el suyo. Feinberg fue, además, quien acuñó el término taquión al predecir la existencia de partículas supralumínicas. En esa ocasión, sin embargo, la naturaleza no parece mostrarse tan colaboradora.

Fue Bruno Pontecorvo quien dio el paso decisivo. Identificó una serie de procesos que solo podían entenderse si existían dos tipos distintos de neutrinos: uno asociado al electrón y otro al muón.

Con semejantes indicios, la pelota pasaba al tejado de los físicos experimentales. Había llegado el momento de salir a la caza del hipotético neutrino muónico.

En 1962, Leon Lederman, Melvin Schwartz y Jack Steinberger demostraron su existencia utilizando el acelerador AGS del Brookhaven National Laboratory. Habían encontrado al compañero neutro del muón: el neutrino muónico (ν_μ).

El experimento fue tan ingenioso como elegante. Aceleraron protones y los hicieron chocar contra un blanco para producir un intenso haz de piones. Estos se desintegraban en muones y neutrinos. Después interpusieron un enorme bloque de acero que detenía todas las partículas salvo los neutrinos, capaces de atravesarlo sin apenas inmutarse. Finalmente hicieron incidir ese haz sobre otro blanco. Si todos los neutrinos fueran iguales, deberían producirse tanto electrones como muones. Sin embargo, solo aparecían muones. Aquella era la prueba de que el neutrino del electrón y el del muón eran partículas diferentes.

Y así, con una idea brillante, un bloque de acero y una partícula casi imposible de detectar, se consigue un Premio Nobel.

La búsqueda de nuevas partículas a comienzos de los años sesenta mantenía, en cierto modo, la estructura de una ópera clásica.

Una vez que Murray Gell-Mann, del Instituto Tecnológico de California, y Yuval Ne’eman, del Imperial College de Londres, establecieron el camino con el modelo de los octetes, cada nueva partícula seguía un libreto bien definido. Todo comenzaba con una predicción audaz; después llegaban años de búsqueda, de incertidumbre y de tensión creciente, como si transcurrieran el primero y el segundo acto de una ópera. Finalmente aparecía el aria que justificaba toda la obra: el descubrimiento experimental. Y, en este caso, la partitura reservaba para la última nota un nombre especialmente apropiado: Ω^–.

Antes de ese desenlace, los hadrones ya se organizaban en elegantes familias simétricas —octetes y decupletes— cuya geometría parecía esconder un orden profundo. Los físicos teóricos, que con frecuencia son tan matemáticos como físicos, reconocieron que aquella estructura encajaba de forma natural con el grupo unitario especial de dimensión tres, SU(3), una simetría capaz de describir con sorprendente precisión las relaciones entre esas partículas.

Pero toda buena ópera necesita un aria final. Y toda buena teoría física, una predicción cuya verificación dependa exclusivamente del experimento.

Así nació una de las apuestas más atrevidas de la física de partículas. El decuplete bariónico de espín 3/2 y paridad positiva presentaba un hueco imposible de ignorar. Para completar la simetría debía existir un singlete isotópico con espín 3/2, paridad positiva, masa cercana a 1680 MeV, carga negativa, número bariónico +1, extrañeza −3 y estabilidad frente a la interacción fuerte. Predecir la existencia de una partícula nunca observada ya era una osadía; anticipar, además, todas esas propiedades rozaba la temeridad. Gell-Mann incluso le asignó un nombre antes de que nadie la hubiera visto: Ω⁻. Era la nota final de la partitura. Aunque, en ciencia, conviene desconfiar siempre de las notas finales.

En 1964, un grupo de físicos del Brookhaven National Laboratory, la University of Rochester y la Syracuse University, liderados por Virgil I. Barnes y Nicholas Samios, encontró en una cámara de burbujas de 80 pulgadas la escurridiza Ω⁻. Sus propiedades coincidían, una tras otra, con las predichas por los teóricos.

La Ω⁻ era la pieza que faltaba para completar el rompecabezas. Su descubrimiento constituyó una de las confirmaciones más espectaculares del modelo de los octetes y abrió el camino para que el modelo de quarks se consolidara como la explicación fundamental de la estructura de los hadrones y de las partículas sometidas a la interacción fuerte..

Retroceder sobre el camino recorrido ofrece la oportunidad de detenerse, mirar atrás y tomar conciencia de lo conseguido hasta ese momento.

En mi aventura por los puentes de Venecia tampoco hay grandes conclusiones que extraer. Apenas este texto, construido a partir de unas notas escritas hace más de un año y rehechas al calor de unas noches de verano que, como en Shakespeare, transcurren entre sueños mientras Teseo celebra sus desposorios con Hipólita.

En la historia de la física, en cambio, aquel alto en el camino resultó extraordinariamente fructífero. Tras las explicaciones, más geométricas que físicas, basadas en octetes, decupletes y otras figuras simétricas, Murray Gell-Mann y George Zweig propusieron de manera independiente que los hadrones observados hasta entonces en los aceleradores y en los rayos cósmicos no eran partículas elementales, sino que estaban formados por constituyentes más pequeños.

Gell-Mann bautizó a esos constituyentes con el nombre de quarks. Zweig prefirió llamarlos ases (aces).

La historia ya nos ha revelado quién ganó aquella pequeña batalla terminológica.

En su formulación original bastaban tres quarks para explicar todas las partículas conocidas:

• quark up (arriba),
• quark down (abajo),
• quark strange (extraño).

Poco después la familia crecería con nuevos miembros —charm, bottom y top—, pero esa es otra historia.

Los hadrones adquirían entonces una estructura sorprendentemente sencilla:

• Bariones: formados por tres quarks.
• Mesones: formados por un quark y un antiquark.
• Hiperones: un tipo particular de barión que contiene al menos un quark extraño.

El nombre elegido por Gell-Mann tampoco era casual. La palabra quark aparece en la novela Finnegans Wake, de James Joyce, en la célebre frase: «Three quarks for Muster Mark!».

Aquella teoría tenía, sin embargo, un detalle desconcertante. Para que todo encajara, los quarks debían poseer cargas eléctricas fraccionarias, algo que nadie había observado jamás. Hasta entonces todas las partículas conocidas presentaban cargas iguales, en valor absoluto, a la del electrón o a un múltiplo entero de ella.

Pero dejemos aquí esta breve incursión en la teoría. Igual que hemos interrumpido por un momento nuestro paseo por Venecia, también conviene regresar al hilo principal de esta historia: los experimentos. Porque una teoría puede ser elegante, incluso hermosa, pero la naturaleza no corrige exámenes de Estética. Por mucho que Einstein y Dirac estuvieran convencidos de que el universo sí lo hacía.

Hacían falta pruebas de que los hadrones eran realmente partículas compuestas.

Y esas pruebas no tardarían en llegar.

¿Qué convirtió a Maria Callas en un punto de inflexión en la historia de la ópera?

Quien hubiera asistido a una representación suya en el Teatro La Fenice desde el loggione habría disfrutado de una voz extraordinaria. Pero quienes ocupaban las butacas de platea descubrían algo más. Desde allí podían apreciar lo que realmente hacía única a la Callas: una intensidad interpretativa desconocida hasta entonces, una fuerza dramática capaz de transformar cada aria en una auténtica representación teatral. Su revolución no solo se escuchaba; también se veía.

El siguiente experimento que reveló la estructura interna de protones y neutrones obedecía a la misma idea. Observados desde lejos, es decir, con sondas de baja energía, ambos parecen partículas elementales, compactas y sin estructura. Pero al acercarse lo suficiente, utilizando electrones de altísima energía, la imagen cambia por completo. Entonces se descubre que su carga no está distribuida de manera uniforme y que, en su interior, existen constituyentes mucho más pequeños.

En realidad, el planteamiento recordaba al célebre experimento de Ernest Rutherford, que más de medio siglo antes había desvelado la estructura interna del átomo. La diferencia era que ahora el objetivo no era atravesar la corteza electrónica para alcanzar el núcleo, sino penetrar en el propio núcleo y averiguar si protones y neutrones ocultaban una estructura aún más profunda.

A comienzos de los años setenta, en el SLAC National Accelerator Laboratory, se bombardearon blancos de hidrógeno líquido —para estudiar protones— y de deuterio líquido —para estudiar protones y neutrones— con electrones de muy alta energía. Si los protones hubieran sido partículas indivisibles, los electrones se habrían dispersado como si rebotaran sobre una superficie lisa. Sin embargo, las colisiones a grandes ángulos revelaban la realidad: los electrones chocaban contra pequeños constituyentes duros y puntuales situados en el interior de los nucleones.

Los quarks propuestos por Murray Gell-Mann y George Zweig, junto con los partones introducidos por Richard Feynman superaban con nota el examen experimental. La belleza matemática de la teoría encontraba, por fin, el respaldo de la realidad.

Tan efímera fue la República de San Marco proclamada el 22 de marzo de 1848 que, durante el tiempo que permaneció en pie, habría sido imposible analizar las más de medio millón de fotografías que, años más tarde, permitieron demostrar la existencia del escurridizo antiomega (Ω̄⁺).

En el californiano Lawrence Radiation Laboratory, Alexander Firestone, Gerston Goldhaber y su equipo invirtieron más de seis años en revisar, una por una, más de quinientas mil fotografías. Todo ello en una época en la que la única inteligencia artificial pertenecía a la ciencia ficción y, para muchos aficionados, tenía el rostro de la Inteligencia Suprema Kree de los cómics de Marvel.

Las antipartículas viven exactamente lo mismo que sus correspondientes partículas. Así lo establece el teorema CPT, una de las piedras angulares de la física de partículas, basado en las simetrías de carga (C), paridad (P) e inversión temporal (T). Lo sé porque, en su día, fue uno de los trabajos de fin de curso que tuve que presentar ante quien, para nosotros, era poco menos que Dios: el catedrático de Física Atómica de Zaragoza. Confieso que de todo aquello ha sobrevivido bastante menos en mis neuronas de lo que ha sobrevivido el propio teorema.

El descubrimiento del antiomega (Ω̄⁺) confirmó que todos los bariones de vida relativamente larga poseían también su correspondiente antipartícula.

La duración de un hadrón depende, en realidad, de la interacción responsable de su desintegración. Los más longevos son los que decaen mediante la interacción débil; después vienen los que lo hacen por interacción electromagnética; y los más efímeros de todos son aquellos cuya desintegración está gobernada por la interacción fuerte. Su existencia es tan breve que ni siquiera dejan una traza visible en los detectores. Solo el estudio de sus productos de desintegración permite reconstruir la existencia de ese fugitivo instante en que estuvieron allí.

La presencia de los dos edificios extemporáneos de la plaza de San Moisè resta parte del encanto a uno de los rincones más bellos de Venecia.

Nuestro siguiente paso también tiene que ver con el encanto. Aunque, en esta ocasión, poco tiene que ver con esa cualidad que hace agradable a una persona, una obra de arte o una ciudad.

A mediados de los años sesenta, el modelo de los quarks, que tan buenos resultados había dado para ordenar el aparentemente caótico zoológico de los hadrones, comenzó a mostrar algunas lagunas. Tan estancadas, si se me permite el símil, como las aguas de la veneciana.

Un grupo de físicos teóricos —Sheldon Glashow, John Iliopoulos y Luciano Maiani— propuso la existencia de un cuarto quark para explicar ciertas desintegraciones que el modelo original era incapaz de describir correctamente.

La solución era tan sencilla como audaz. La misma que había funcionado en el pasado y volvería a funcionar en el futuro: cuando la naturaleza no encaja con la teoría, se predice una nueva partícula… y se sale de excursión a buscarla.

He tenido la fortuna de conversar en dos ocasiones con Sheldon Glashow, uno de los padres de la teoría electrodébil. Puedo afirmar, por tanto, con conocimiento de causa, que es una persona encantadora. Rebosa encanto. Tanto que el nuevo quark recibió, precisamente, ese nombre: charm, «encanto».

Con el nuevo modelo solo faltaba lo de siempre: que la naturaleza diera su aprobación.

Y la concedió en noviembre de 1974. En lo que pasó a la historia como la Revolución de Noviembre, dos equipos trabajaron de forma independiente y descubrieron simultáneamente la misma partícula. Uno de ellos, dirigido por Samuel C. C. Ting en el Brookhaven National Laboratory; el otro, encabezado por Burton Richter en el SLAC National Accelerator Laboratory. Se trataba de un nuevo mesón formado por un quark encanto y un antiquark encanto: exactamente la partícula que la teoría había anticipado.

Como ambos grupos llegaron al descubrimiento de manera independiente, cada uno bautizó la nueva partícula a su manera. La comunidad científica, actuando con una salomónica ecuanimidad, decidió no dar la razón a ninguno de los dos… y se la dio a ambos —Lo que viene a llamrase la dualidad te doy la razón/no te la doy—. Desde entonces, el mesón recibe el nombre de J/ψ.

Y, permitidme terminar con un juego de palabras: aquel descubrimiento constituyó una evidencia FUERTE realmente ENCANTADORA de la teoría de la interacción DÉBIL.

Mozart vivió apenas treinta y cinco años. No necesitó más tiempo para dejar una obra inmensa y una huella imborrable en la historia de la música.

La siguiente partícula descubierta también rompía con la tradición. Hasta ese momento, la historia había estado dominada por hadrones y por los constituyentes que escondían en su interior. Ahora le llegaba el turno a una partícula elemental de vida extraordinariamente breve, pero cuyo paso por la física resultaría tan prolífico como el de Mozart en la música.

Aquella partícula era el tauón. Aunque, reconozcámoslo, el nombre suena más a descalificativo que a partícula elemental. Mucho más elegante resulta llamarlo electrón tau.

Su existencia es muchísimo más efímera que la del compositor austríaco: apenas 2,9 10^-13 segundos. Pero, igual que Mozart se atrevió con todos los géneros musicales de su época, el tau también explora un repertorio de desintegraciones que ningún otro leptón puede interpretar. Su elevada masa le permite desintegrarse de múltiples maneras, muchas de ellas inaccesibles para el electrón y el muón. Incluso se atreve a dejar su huella como hadrones.

El tau fue descubierto en 1975 por el equipo de Martin Lewis Perl utilizando el detector MARK I del acelerador SPEAR, en el SLAC National Accelerator Laboratory. Allí se hacían colisionar electrones con positrones, un tipo de experimento extraordinariamente limpio. Los electrones son partículas elementales, sin estructura interna conocida. Los protones, en cambio, se parecen más a un caldero en ebullición: además de sus tres quarks, contienen gluones y un incesante mar de pares quark-antiquark virtuales que aparecen y desaparecen sin descanso.

Y, como suele ocurrir cuando la naturaleza decide revelar uno de sus secretos mejor guardados, el descubrimiento tuvo recompensa. Martin Perl recibió en 1995 el Premio Nobel de Física.

Para ir del Ponte dei Fuseri al Ponte de le Colonne hay que pasar junto a la casa en la que residió el polímata y poeta romántico Johann Wolfgang von Goethe. Su relación con Venecia, y con el resto de los estados que hoy forman Italia, nació durante el célebre viaje que emprendió entre 1786 y 1788. Precisamente inició su periplo italiano en esta ciudad y se alojó, del 28 de septiembre al 14 de octubre de 1786, en la casa situada junto al Ponte dei Fuseri.

Allí escribió buena parte de sus Epigramas venecianos. Confieso que su poesía nunca ha terminado de conquistarme, ni siquiera sus epigramas más subidos de tono, atrevidos incluso para algunos cánones actuales. Aun así, su lectura resulta casi obligada para cualquiera que sienta fascinación por la belleza de Venecia.

Y ya tenemos el hilo conductor del siguiente descubrimiento. Del paso bajo un sotoportego hemos llegado a la belleza de la poesía goethiana. Es el puente que se me venido a la cabeza para introducir al siguiente protagonista.

Porque ahora toca hablar de cómo los físicos terminaron «exigiendo» la existencia de un quinto quark -y de un sexto-, el quark bottom («abajo«, conocido también, con bastante mejor gusto, como quark beauty.

Los kaones, descubiertos en el séptimo paso, presentaban un comportamiento que desafiaba una de las convicciones más profundas de la física de la época. Algunos de sus modos de desintegración violaban la simetría CP, es decir, el principio según el cual las leyes de la naturaleza deberían permanecer inalteradas al intercambiar simultáneamente las cargas de las partículas y su paridad.

¿Qué se les ocurrió entonces a dos físicos japoneses, Makoto Kobayashi y Toshihide Maskawa?

Paso lo de siempre. Propusieron que aquella aparente anomalía desaparecería si existían seis quarks en lugar de cuatro. La historia de la física de partículas parece repetirse una y otra vez: cuando la naturaleza no encaja en el modelo, quizá no sea la naturaleza la que esté equivocada, sino nuestro inventario de partículas, campos o energías.

La confirmación experimental llegó apenas cuatro años después. Leon Lederman y su equipo, en el Fermilab, hicieron colisionar protones de muy alta energía contra núcleos de elementos pesados. Como suele ocurrir en este tipo de experimentos, de aquellas colisiones nació una auténtica lluvia de mesones. Entre ellos apareció una nueva resonancia formada por un quark bottom y su correspondiente antiquark.

En un primer momento alguien propuso bautizar aquella partícula como bottomonio, siguiendo el precedente del charmonio. Afortunadamente, la sensatez terminó imponiéndose y el nuevo mesón recibió un nombre mucho más elegante: Upsilon o Υ (ípsilon), para quienes prefieren conservar la grafía griega internacional.

Leon Lederman recibió, cómo no, el Premio Nobel. Y permíteme una recomendación. Si tienes ocasión, busca uno de sus libros de divulgación: La partícula de Dios: Si el universo es la respuesta, ¿cuál es la pregunta?. Es una obra tan divertida como instructiva. De esas que consiguen explicar la física sin perder el sentido del humor.

La zona del Ponte Goldoni suele estar atestada de góndolas. Aun así, resulta un lugar sorprendentemente ordenado si se compara con el interior de un protón.

La versión más sencilla de un protón nos dice que está formado por tres quarks: dos up y uno down.

La realidad, sin embargo, dista mucho de esa imagen casi escolar. El interior de un protón se parece más a un mar embravecido que a una estructura rígida. En él, los gluones —los mediadores de la interacción fuerte, del mismo modo que el fotón lo es de la interacción electromagnética— intercambian energía sin descanso, mientras pares de quarks y antiquarks virtuales aparecen y desaparecen de forma incesante.

Pero faltaba encontrar a los verdaderos protagonistas de esa agitación: los gluones. Solo entonces la cromodinámica cuántica dejaría de ser una teoría elegante para convertirse en una descripción convincente de la naturaleza.

Los cálculos predecían una firma experimental muy característica. En las colisiones entre electrones y positrones lo habitual era observar dos chorros (jets) de hadrones, correspondientes al quark y al antiquark producidos. Sin embargo, en contadas ocasiones uno de esos quarks debía emitir un gluón antes de hadronizar (proceso por el que los quarks y gluones se combinan para formar hadrones). El resultado sería inconfundible: tres chorros de partículas emergiendo del punto de colisión.

Los físicos experimentales ya sabían qué debían buscar. Y, esta vez, el protagonismo cruzó el Atlántico para quedarse en Europa. En Alemania.

Que el descubrimiento se hiciera en Alemania y que la traza que debían buscar en los detectores tuviera una forma que recuerda al logo de la marca alemana por excelencia no puede ser casualidad.

En el acelerador PETRA del DESY, cuatro colaboraciones independientes analizaron miles de colisiones en busca de esos esquivos eventos de tres chorros. El estudio fue minucioso. Antes de proclamar un descubrimiento había que demostrar que ninguna otra explicación era compatible con las observaciones.

Finalmente, en 1979, la conclusión fue inevitable: solo la existencia de los gluones permitía explicar aquellos sucesos. El último ladrillo fundamental de la cromodinámica cuántica acababa de ocupar su lugar.

Que una calle cambie de nombre inesperadamente es casi tan desconcertante como que un quark cambie de sabor.

Uno espera al menos una explicación urbanística: un cruce con otra calle, un giro pronunciado o un vértice en el trazado que justifique el nuevo nombre.

En el mundo subatómico sucede algo parecido. Un quark no cambia de sabor porque sí. Ese cambio exige una interacción y, por tanto, la existencia de una partícula mediadora. En el lenguaje de los diagramas de Feynman también hace falta un vértice: el punto donde nace la interacción y donde el quark deja de ser quien era para convertirse en otro distinto.

La teoría de unificación electrodébil desarrollada por Sheldon Glashow, Steven Weinberg y Abdus Salam proporcionaba esa explicación. Para que la interacción débil pudiera producir procesos como la desintegración beta, debían existir unas partículas portadoras completamente nuevas.

Dos de ellas tenían carga eléctrica. Y, para complicar todavía más su búsqueda, también poseían una masa enorme.

Recuerdo perfectamente el anuncio de su descubrimiento en el CERN. Yo cursaba entonces segundo de Ciencias Físicas. No sé si fue aquella noticia la que terminó de convencerme para elegir la especialidad de Física de Partículas durante los dos últimos cursos de la carrera. La aventura, sin embargo, duró poco. Las comunicaciones por satélite se cruzaron en mi camino y, la verdad, la oportunidad de acercarme al mundo del espacio no era para dejarla pasar. Tampoco duró mucho esa aventura…

La teoría predecía que aquellas partículas, bautizadas como W⁺ y W⁻, tendrían una masa muy elevada. El problema era evidente: ningún acelerador existente podía proporcionar la energía necesaria para producirlas.

La solución llegó de la mano del ingeniero italiano Carlo Rubbia y del físico neerlandés Simon van der Meer. Su propuesta consistía en transformar el ya existente Super Proton Synchrotron (SPS) en un colisionador de protones y antiprotones (SPSS) Hacer colisionar materia con antimateria tiene una ventaja evidente: además de la energía cinética de las partículas aceleradas, se aprovecha la enorme energía liberada en su aniquilación.

En enero de 1983, casi coincidiendo con mis exámenes de Electromagnetismo de febrero, llegó la noticia esperada. Las partículas W habían sido descubiertas. Su firma experimental era tan sencilla como inconfundible: un electrón de muy alta energía acompañado de una cantidad de energía desaparecida. Nadie la había robado. Simplemente se la llevaba un neutrino que abandonaba el detector sin que nadie se percatara.

TRON, al igual que su contrapartida especular TROFF, era un comando del lenguaje BASIC de los años setenta que permitía activar el seguimiento de las instrucciones ejecutadas por un programa.

Uno de los mayores quebraderos de cabeza para cualquier programador de BASIC eran las instrucciones GOTO. La primera regla para escribir un programa legible era no utilizarlas.

Confieso que he incumplido esa norma a conciencia en esta serie de artículos. Te he ido lanzando instrucciones GOTO para llevarte de un puente a otro y, en más de una ocasión, incluso algún GOSUB, de esos que permiten desviarse un momento del camino principal para regresar después al punto exacto en el que se había interrumpido la historia.

Algo parecido ocurre con el bosón Z⁰. A diferencia de los bosones W^±, la interacción que media es neutra: no modifica la carga eléctrica ni cambia el sabor de los quarks. Y, además, su vida es tan extraordinariamente breve que ni siquiera activando un modo TRON imaginario lograríamos seguir su recorrido en un detector.

Solo sabemos dónde «aparece» , donde se toma prestada la energía necesaria para crearlo, y dónde «desaparece» porque, inmediatamente después, observamos los productos de su desintegración, normalmente un par leptón-antileptón.

CUna aclaración por mi parte. Hablar de partículas «madre», «hijas», «antecesoras» o «descendientes» no deja de ser una metáfora útil para entendernos. En realidad, ninguna partícula sabe de dónde viene ni hacia dónde va. Las leyes de la mecánica cuántica solo permiten asignar probabilidades a cada proceso posible.

En mayo de 1983, apenas unos meses después del descubrimiento de los bosones W^±, los mismos equipos del CERN anunciaron la observación de su esquivo compañero neutro. El bosón Z⁰ dejaba de ser una predicción de la teoría electrodébil para convertirse en una realidad experimental.

Esta pasarela aérea es, probablemente, la construcción más ligera de todas las que salvan los ríos de la laguna.

La siguiente partícula descubierta representa justo el extremo opuesto. Es la más pesada de todas las partículas elementales conocidas. Pero pesada en un sentido casi exagerado. Imagina una partícula cuya masa es comparable a la de un núcleo de oro, formado por 197 protones y neutrones. Una desmesura para algo que, hasta donde sabemos, no posee estructura interna. Sin duda Quevedo hubiera compuesto un soneto sobe esta exageración en lugar de cierto poema inspirado en una naríz.

Señoras y señores, les presento al quark Top. El coloso del Modelo Estándar. Una auténtica rareza de la naturaleza. Tan extraordinaria que la tecnología necesitó casi veinte años para ser capaz de producirlo.

Una vez más, el descubrimiento llegó desde la otra orilla del Atlántico. Fue en el Fermilab y en su colisionador de protones y antiprotones, Tevatron, donde el gigantesco quark Top decidió, por fin, asomar la naríz (cuando digo que necesita un soneto…).

Desde el descubrimiento del quark Charm, la estrategia había sido relativamente sencilla: producir un quark y su antiquark y esperar a que formasen un mesón, cuya existencia pudiera detectarse mediante sus productos de desintegración. Con el Top esa receta dejó de funcionar. Era tan masivo que se desintegraba antes incluso de tener tiempo para formar un hadrón. Es el único quark que jamás llega a hadronizar.

La teoría predecía que, casi siempre, el quark Top se desintegraría en un quark Bottom y …

¿Te atreves a adivinar cuál era la siguiente pieza de la cadena?

Exacto. El bosón W. Y, como ya sabemos, tampoco es precisamente longevo. Su vida termina casi de inmediato dando lugar a un par de fermiones: un leptón y su correspondiente neutrino, o bien un par quark-antiquark (lo que ya sabes es un mesón).

Solo quedaba programar los algoritmos de selección del detector, esperar con paciencia… y confiar en que la naturaleza tuviera a bien conceder una de esas colisiones teóricas.

Pasaron años. Hubo que descartar innumerables señales espurias, refinar los análisis estadísticos y acumular una cantidad ingente de datos. Hasta que, en marzo de 1995, llegó el anuncio esperado: el último de los seis quarks previstos por el Modelo Estándar había sido descubierto.

Ya solo quedaban dos grandes protagonistas por encontrar.

Bueno… dos, si uno se conformaba con el Modelo Estándar. Porque todos sabíamos —y seguimos sabiendo— que esta teoría no es el punto final del camino, sino apenas la primera aproximación a una realidad mucho más profunda. Queda tanto por recorrer que, probablemente, nunca veremos (ni yo ni nadie) la teoría definitiva con la que algunos físicos aún sueñan.