Por qué podrías explicarle a un extraterrestre qué es un kilo, pero no la izquierda y la derecha

El 5 de septiembre de 1977, una de las mayores empresas cósmicas jamás planeadas por el ser humano comenzó. La idea era lanzar una sonda (dos, en realidad, gemelas) que recorriese el sistema solar exterior y adquiriese suficiente velocidad como para poder escapar de la influencia gravitatoria de nuestra estrella, el Sol. Para conseguir tal objetivo le robó a Júpiter (y a sus lunas Io, Ganímedes y Calisto) y a Saturno (y a sus lunas Titán, Mimas y Tetis) velocidad en maniobras orbitales llamadas asistencias gravitatorias. Eso ha permitido que 45 años después, la Voyager 1 sea el objeto creado por el ser humano más lejano jamás creado.

Actualmente, la Voyager 1 se encuentra a 158.24 AU (Unidades Astronómicas, equivalentes a la distancia media entre el Sol y la Tierra, aproximadamente 150 millones de kilómetros). Eso, por ponerlo en perspectiva, significa que la Voyager 1 está a unos 23.656 millones de kilómetros y si nos envía un mensaje, tardará alrededor de 21 horas y 59 minutos en llegar a nosotros. En ella, un disco dorado trata de explicarle a quien lo encuentre quiénes somos y de dónde venimos. Un mapa de dónde se encuentra nuestra estrella, el Sol, con relación a los púlsares más cercanos a nosotros, música y vídeo (y una guía de cómo reproducirlo)…

Podrías explicarle a un ‘alien’ qué es un segundo, o un kilogramo, o un metro… pero no si estás hecho de materia o cuál es tu mano derecha

Todo esto para que si, en un futuro, una raza alienígena lo encontrase, pudiera saber quién lo ha hecho y que existe vida inteligente aparte de nosotros. Pero, pongamos por caso que, en efecto, unos ‘aliens’ lo encuentran y nos ‘llaman’ por teléfono. En ese caso podríamos hablar con ellos y compartir nuestro conocimiento. Podríamos explicarles qué es un segundo (según el Bureau International des Pids et Mesures —Oficina Internacional de Pesos Medidas—, la autoridad mundial en este aspecto, está definido así: “Un segundo es la duración de 9.192.631.770 oscilaciones de la radiación emitida en la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del isótopo 133 del átomo de cesio (133 Cs), a una temperatura de 0 K”.); lo que es un metro (“El metro es la longitud del trayecto recorrido por la luz en el vacío durante un intervalo de tiempo de 1⁄299,792,458 segundos“), un grado, tomando de partida el cero absoluto (cero grados kelvin, donde las moléculas, según la mecánica clásica, carecerían de movimiento) y basando la escala en la constante universal de Boltzmann, o, gracias a la constante de Plank, el kilogramo. Si a esto le sumamos la unidad para corriente eléctrica (el amperio), para la cantidad de sustancia (el mol), para la intensidad luminosa (la candela), podremos definir toda la física que conocemos, con una terrible excepción: izquierda y derecha.

Esta particularidad es conocida como el Problema Ozma, título del decimoctavo capítulo de ‘El Universo ambidiestro’, fundamental libro científico publicado por el escritor estadounidense Martin Gardner en 1964. La idea expuesta por el autor es la siguiente: tengamos en cuenta que los resultados de dos experimentos, en el que uno es la imagen espejo del otro, los resultados siempre son iguales, solo que el segundo es una imagen espejo del primero. Para aclarar la información anterior, podemos decir que el experimento espejo es aquel en el que uno o más de sus componentes se altera de forma que sea en esencia el mismo experimento, pero uno de los componentes es inverso. Un ejemplo de esto es cambiar el sentido de un bobinado en un circuito eléctrico (agujas del reloj, por ejemplo) pero manteniendo el extremo ‘positivo’ y el ‘negativo’. No existe un ‘cambio de posición espacial’ con el que podamos trasformar el experimento inicial en el nuevo, pero en esencia siguen siendo el mismo experimento, aunque lo giremos o volteemos de la forma que sea.

En el universo, todos los procesos mediados por el electromagnetismo, la gravedad y la interacción nuclear fuerte (la que mantiene unidos los protones en el núcleo de los átomos) cumplen esta regla. Esto hace tremendamente difícil explicarle a un ‘alien’ qué es izquierda y qué es derecha, pues sus experimentos para comprobarlo, sin un marco común de referencia, posibilitaría que estén realizando un experimento espejo. Dicho de otro modo: su derecha puede ser nuestra izquierda y viceversa, y no tenemos modo de comprobarlo.

Esto es de especial relevancia dado que muchas de las moléculas de las que dependemos están ligadas a una cierta simetría. Dos ejemplos claros son la glucosa (que, como descubrió a mediados del siglo XIX el químico alemán Friedrich August Kekulé, cuando se encuentra en disolución acuosa con una lámina de luz polarizada, esta —la luz— es desviada a la derecha, dado que la molécula posee una simetría ‘diestra’), o los aminoácidos, que tienen una distintiva simetría ‘zurda’. El problema es que existen isómeros de esas mismas moléculas con simetrías opuestas (que se pueden producir en un laboratorio), pero que son completamente inútiles para nosotros, dado que nuestro organismo no puede utilizarlos.

Imaginemos que realizamos un inmenso viaje espacial para visitar a nuestros amigos ‘alien’, a los que hemos explicado que necesitamos glucosa y aminoácidos, y nos han hecho un banquete… pero sin saber qué es derecha y qué es izquierda. Existe un 50% de probabilidad de que estuviéramos perdidos (y muertos de hambre, literalmente, dado que si lo han hecho con glucosa ‘zurda’ sabrá igual, pero no nos alimentará nada).

Por suerte, la interacción nuclear débil tiene la respuesta a nuestro terrible dilema (y al Problema Ozma). La última de las cuatro fuerzas fundamentales del universo, la encargada de la desintegración nuclear radiactiva y la que inicia el proceso de fisión nuclear. En el caso de la desintegración de un átomo de uranio (en concreto de U-239), se emiten, sobre todo, electrones que ‘giran’ en el sentido de las agujas del reloj. Este experimento, curiosamente, si es replicado en su forma ‘espejo’, sigue produciendo el mismo ‘giro’ hacia la izquierda.

Esto es una extensión del experimento realizado por la Profesora Chien-Shiung Wu (conocido como experimento Wu) que la física estadounidense de origen china y dos de sus compañeros, Tsung-Dao Lee y Chen-Ning Yang, llevaron a cabo en 1956 y que demostró que los átomos de cobalto orientados con el mismo ‘spin’ (giro) gracias a un campo electromagnético, emitían partículas beta (electrones) durante su desintegración (por la que se convertían en níquel) en dirección contraria al ‘spin’ (tanto en nuestra ‘realidad’ como en el espejo), lo que demostró una violación de la ley de la paridad. En 1957 los dos científicos varones obtuvieron el premio Nobel (en el que mencionaron a Wu) lo que causa todavía hoy controversia, aunque hay que dejar claro que ellos eran físicos teóricos y ella experimental, y fueron Lee y Yang los que concibieron la hipótesis.

En cualquier caso, con esta prueba podríamos explicarles a los ‘aliens‘ qué es izquierda y qué es derecha. Problema solucionado.

Ozma contraataca

Nueva hipótesis: vale, los extraterrestres han comprobado en qué dirección giran las partículas beta (electrones) producidas por la descomposición nuclear del uranio y han determinado qué es izquierda. Todo vuelve a la normalidad en el plano material. ¿Pero y si ellos se encuentran en el plano antimaterial? La mayor parte de las partículas que pueblan nuestro universo son ‘materia’ pero para cada una de ellas existe una versión contraria (que al entrar en contacto con su antagonista, se aniquilan, produciendo otras partículas o energía —como fotones, que son ambas cosas—). Es lo que se conoce como antimateria: neutrinos y antineutrinos, electrón y positrón (antielectrón)…

La materia interactúa consigo misma de modo idéntico a cómo lo hace la antimateria con ella misma. Eso significa que, aplicado al experimento anteriormente mencionado, el átomo de antiuranio se descompondría y emitiría positrones con muy alta energía. ¿La pega? Que esos antielectrones también girarían, pero esta vez en sentido contrario a las agujas del reloj, o dicho de otro modo: hacia la derecha.

¿Cómo determinamos qué es derecha o izquierda en ese caso? Con la ayuda de una partícula subatómica llamada Kaón (o mesón K), y a veces también como ‘partículas extrañas‘, dado que a pesar de generarse por la interacción fuerte, la débil provoca que su vida media sea mayor de lo que cabría esperar. Pero eso es irrelevante para la cuestión que nos ocupa hoy. Cuando finalmente se desintegran, independientemente de si son kaones o la imagen simétrica (de espejo), en un 20,3% de las descomposiciones se libera un antielectrón que gira hacia la derecha, y en un 20,1% de las descomposiciones un electrón que gira hacia la izquierda.

La parte curiosa es esta: los antikaones funcionan exactamente igual, sean o no imágenes espejo: se descomponen de forma ligeramente menos común en electrones que giran hacia la izquierda.

Sabiendo esto, podríamos decirle a los ‘aliens’: “¿Sabéis cuando en un acelerador de partículas generas uno de esos mesones compuestos por un ‘quark extraño’ y otro quark ‘arriba’ o ‘abajo’, con una masa de 493.677 megaelectronvoltios? Cuando se descompone, la partícula que pesa 9.109 x 10^-31 kg y que es ligeramente menos frecuente que la otra de idéntico peso, pero opuesta, gira hacia lo que conocemos como ‘izquierda’ y, además, es lo que llamamos materia. ¿Nos hacéis ahora una tarta con d-glucosa para cuando lleguemos?”

Los caprichos del universo y de las leyes físicas, a veces, desafían toda lógica que podamos imaginar. Quedan sorpresas para rato, porque por mucho que sepamos, estamos todavía inmensamente lejos de descubrir todos los secretos que esta realidad (y tal vez las paralelas) tiene que ofrecernos.