El descubrimiento de las partículas elementales y sus propiedades físicas es el comienzo para encontrar una fórmula matemática definitiva que explique la naturaleza del universo. Con el descubrimiento del bosón de Higgs, se creyó haber encontrado la fórmula definitiva.
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AprendizajeTranscripción
00:00Intenten poner un lápiz de pie sobre una mesa con la punta hacia abajo.
00:11Si consiguen que esté perfectamente recto, tal vez guarde el equilibrio y no se caiga.
00:20Sujétenlo lo más derecho y perpendicular posible.
00:29No es tan fácil.
00:34Por muy recto que coloquemos el lápiz, siempre se acaba cayendo.
00:39Da igual cuántas veces lo intentemos o lo perfectamente vertical que lo pongamos.
00:47Quizá les parezca obvio, pero este fenómeno, aparentemente insignificante del lápiz que se cae,
00:53dio lugar a un importante descubrimiento científico.
01:02El Premio Nobel de Física de 2013 puso el bosón de Higgs en su punto de mira.
01:11Cuando se confirmó la existencia del bosón de Higgs en unas gigantescas instalaciones experimentales,
01:17se proclamó como el descubrimiento del siglo.
01:21Siempre nos hemos preguntado qué ocurre en el firmamento y hoy hemos logrado un notable avance.
01:27Comprendemos mucho mejor nuestro universo.
01:31Es, por así decirlo, el ingrediente que faltaba, el comienzo o el fin de una era.
01:39La profunda conexión entre el bosón de Higgs y el lápiz que se cae
01:43se descubrió gracias a importantes estudios en el campo de la física moderna.
01:54Durante más de un siglo, los físicos, empezando por Einstein,
01:57se han cuestionado de qué está hecho el universo.
02:05Se preguntaban, suponiendo que el universo tuvo un creador,
02:09qué clase de plano utilizaría.
02:17Su objetivo era descubrir ese plano del universo
02:20y usar la lengua de las matemáticas para expresarlo por medio de una fórmula.
02:29Hasta el día de hoy, los físicos han conseguido crear fórmulas
02:32para expresar distintos fenómenos naturales.
02:41Pero si pudieran encontrar una única fórmula para describir todos los fenómenos del universo,
02:46esta sin duda sería la fórmula definitiva.
02:52Los físicos están empeñados desde hace mucho tiempo en la búsqueda de esta fórmula definitiva.
03:00Debía haber ecuaciones con un significado preciso, elegantes, simples.
03:05Nosotros resolveríamos esas ecuaciones y explicaríamos los fenómenos de la naturaleza.
03:10El objetivo era tener una única y hermosa teoría que hiciera que todo encajara.
03:17¿De qué está hecho el universo?
03:20La búsqueda de la fórmula definitiva ha sido un largo y arduo camino.
03:28Los físicos se han enfrentado a innumerables dificultades
03:31en la búsqueda de una fórmula perfecta y bella que sea digna de elogio.
03:38Un importante descubrimiento dio lugar a un gran hallazgo.
03:46Sin embargo, el afán por encontrar una fórmula de una belleza perfecta
03:50condujo a la paradójica conclusión de que, matemáticamente,
03:53era imposible que el universo existiera.
04:02Y así es como llegamos a la idea de los lápices que se caen.
04:09Pensar que en el mundo real la belleza perfecta estaba destinada a venirse abajo
04:14condujo al descubrimiento del bosón de Higgs y abrió el camino para encontrar la fórmula definitiva.
04:23Pero dicha fórmula demostró ser esquiva.
04:28Esta es la historia de la lucha centenaria en la que se embarcaron físicos pioneros en su afán
04:34por descubrir de qué está hecho el universo y qué fuerzas lo gobiernan.
04:41Tal vez les sorprenda saber que a lo largo de los 100 últimos años
04:44los físicos han estado muy cerca de descubrir la fórmula definitiva.
04:53En el exterior del inmenso centro experimental en el que se descubrió el bosón de Higgs
04:58hay una fórmula grabada en piedra.
05:02En efecto, esta es la vanguardista fórmula que los físicos creen que está más cerca de la fórmula definitiva.
05:12Puede parecer imposible de entender, pero no se preocupen.
05:18Escrita con más detalle, la fórmula es así.
05:24La primera línea es una fórmula que describe las propiedades de las unidades de materia más pequeñas conocidas en el mundo
05:31y que reciben el nombre de partículas elementales.
05:36Estas partículas elementales se dividen en cuatro tipos.
05:40Veamos dónde se pueden encontrar estas partículas elementales.
05:45Al ser las unidades de materia más pequeñas, se aprecian a la máxima escala microscópica.
05:54En primer lugar están los electrones que orbitan dentro de un átomo.
05:59Probablemente estemos más familiarizados con ellos.
06:02Seguidamente hay dos tipos de partículas elementales conocidas como quarks que forman el núcleo en el centro del átomo.
06:12Y por último están los neutrinos, unas partículas caprichosas que escapan del núcleo de vez en cuando.
06:20¿Qué causa que estas partículas elementales permanezcan dentro de los átomos o que escapen de ellos?
06:29La respuesta reside en estas tres líneas.
06:36Pero volviendo al átomo, lo que atrae a los electrones al núcleo es la fuerza electromagnética.
06:43La unión de los dos tipos de quarks que forman un núcleo es lo que se conoce como una interacción nuclear fuerte.
06:52Y lo que causa que los neutrinos salgan del núcleo es una interacción débil.
07:03Los físicos piensan que si comprendieran totalmente las cuatro partículas elementales y estas tres fuerzas,
07:10podrían explicar cualquier cosa del mundo.
07:19Las dos últimas líneas hacen referencia a la existencia del bosón de Higgs.
07:25Más adelante sabremos qué papel juega esta partícula.
07:34¿Pero cómo llegaron los físicos a la fórmula que se creía más cerca de la fórmula definitiva?
07:40Echemos una ojeada a su épico recorrido que abarcó 100 años.
07:45Empezando desde arriba, la primera línea es una fórmula que explica las partículas elementales, las unidades de materia más pequeñas.
07:53Detrás de esta fórmula se esconde la historia de un hombre que insistía en que las fórmulas debían ser siempre bellas.
08:08Nuestra historia de la búsqueda de la fórmula definitiva comienza aquí, en Cambridge, a finales de los años 20.
08:17Entonces residía aquí un joven físico.
08:23Se llamaba Paul Dirac, un genio en su campo.
08:28Con sólo 30 años fue nombrado profesor lucasiano de la Universidad de Cambridge, uno de los puestos académicos más prestigiosos del mundo.
08:37Entre los científicos que ostentan este cargo se incluyen figuras de renombre como Isaac Newton y Stephen Hawking.
08:46Con intención de encontrar una fórmula que lo explicase todo, Dirac se centró primero en los electrones, la única partícula elemental que ya se había descubierto.
09:00En aquellos tiempos las propiedades de los electrones se describían con una fórmula conocida como ecuación de Schrödinger y era posible calcular su energía.
09:11Pero se hizo patente que había cierta característica de los electrones que no podía explicarse con la ecuación de Schrödinger.
09:21Se trataba del hecho de que, al igual que la Tierra, los electrones giraban sobre su propio eje y además tenían propiedades parecidas a un imán.
09:30Los físicos de entonces podrían describirse de esta manera.
09:43Armados con los mejores conocimientos disponibles, trataban de crear la fórmula correcta para las partículas elementales, pero se topaban con un muro impenetrable.
09:53Para intentar hallar una fórmula que explicase las misteriosas propiedades de los electrones, Dirac adoptó un enfoque atrevido.
10:05En aquella época los científicos usaban una fórmula que se llamaba la fórmula de Dirac.
10:10En aquella época los científicos usaban resultados de experimentos y observaciones para idear nuevas fórmulas.
10:17Dirac, en cambio, decidió guiarse por su sentido de la estética.
10:24Las leyes físicas han de tener belleza matemática. Ese era el lema de Dirac.
10:29Exacto, belleza. Puede parecer que todo esto suena un tanto impreciso para un científico.
10:37Al fin y al cabo, algunas personas pueden pensar que este tipo de imagen es bella.
10:43Mientras que el resto de los científicos no lo creen.
10:46La belleza está en los ojos del espectador.
10:50Sin embargo, para los físicos, la belleza es igual a simetría y se mide por medio de criterios muy específicos.
10:59La belleza es la expresión de la belleza.
11:03La belleza es la expresión de la belleza.
11:07La belleza es la expresión de la belleza.
11:11La belleza es la expresión de la belleza.
11:17Podemos explicar que entienden los físicos por belleza usando este tablero de dibujo.
11:24Tomemos, por ejemplo, estas dos figuras.
11:27Los físicos no dudarían en calificar de bella la figura de la derecha.
11:32Les parecerá obvio, dado que es un círculo perfecto, pero hay algo más.
11:39Los físicos usan ejes X e Y, iguales que estos, como coordenadas.
11:44Veamos la fórmula de un círculo en términos de ejes.
11:50Cuando rotamos los ejes así, la fórmula no cambia.
11:56Eso es lo que hace que la figura sea extraordinaria.
12:03Se dice que su fórmula posee simetría rotacional y a los físicos les resulta perfecto.
12:08Se dice que su fórmula posee simetría rotacional y a los físicos les resulta perfecto.
12:21A los físicos les entusiasman también los patrones con rayas como este.
12:27Eso es debido a que, aunque los ejes se muevan, la fórmula que describen las rayas no cambia.
12:39En este caso, los físicos llaman a este tipo de belleza simetría traslacional.
12:47Una fórmula es bella cuando permanece igual, aunque cambien los ejes.
12:52O, en otras palabras, aunque cambie el punto de vista.
12:57La simetría es simplemente la afirmación de que algo se ve igual desde diferentes puntos de vista.
13:02Por ejemplo, un cuadrado se ve igual cuando cambiamos el punto de vista 90 grados.
13:10Podemos afirmar que las leyes de la naturaleza no cambian de forma, de contenido,
13:14cuando cambiamos de una forma concreta nuestro punto de vista.
13:21Había otro tipo de belleza que Dirac valoraba en gran medida.
13:25La simetría de Lorenz.
13:28Está relacionada con la teoría de la relatividad de Einstein
13:33y describe cómo el tiempo y el espacio son, en esencia, lo mismo.
13:40Trabajando a partir de ahí, Dirac alcanzó la siguiente conclusión.
13:45Si había algo parecido a un mapa del universo, su belleza sería indudablemente perfecta.
13:51Es decir, exhibiría diferentes tipos de simetría.
13:58Pero echemos otro vistazo a la ecuación de Rödinger.
14:03Si la observamos de cerca, vemos que hay una T, que representa al tiempo,
14:08y una X al cuadrado, en la que la X representa el espacio.
14:14Eso significa que la fórmula carece de la simetría de Lorenz,
14:19en la que tiempo es igual a espacio.
14:21Como resultado de ello, si se ve desde un punto de vista diferente,
14:25la fórmula cambia de forma significativa.
14:35Y así, Dirac comenzó a trabajar en una fórmula que tendría todos los tipos de simetría.
14:51Se encerró en su estudio durante tres meses y se aisló del mundo exterior.
15:01Sus sentimientos alternaban constantemente el júbilo y el miedo,
15:06aunque a menudo le invadía el pánico.
15:11Pero su lucha y su dedicación a la idea de la belleza, al final dieron su fruto.
15:16Este es el ensayo que publicó en 1928.
15:23En él presentaba la ecuación de Dirac.
15:29Tiene una T y una X.
15:33Era una fórmula sencilla que poseía incluso la simetría de Lorenz.
15:38La ecuación era notablemente eficaz y lograba explicar con precisión
15:43las misteriosas propiedades de los electrones,
15:46incluyendo su movimiento y magnetismo.
15:53Era sensacional. Maravillosa. Yo lloré.
15:57Muchos físicos lloran al ver la ecuación de Dirac,
16:01porque es una fórmula muy sencilla.
16:03Muchos físicos lloran al ver la ecuación de Dirac,
16:07porque ven que la teoría de los electrones,
16:10que era tan extraña y aleatoria, con tantas piezas,
16:13de repente, gracias a la simetría, se convierte en una única teoría.
16:19Y lo que es más, posteriormente se descubrió que la ecuación de Dirac
16:24también era aplicable a los neutrinos y los quarks
16:27que se descubrirían más adelante.
16:33Al incorporar todos los diferentes tipos de simetría,
16:36se había descubierto, por fin, una fórmula que explicaba perfectamente
16:41las propiedades de las partículas elementales.
16:49La ecuación de Dirac posee tremendas simetrías
16:52que anteriormente no eran tan obvias.
16:55Así que ayudó muchísimo a la hora de que la gente
16:58pensara en la simetría en general.
17:03La primera línea grabada en piedra con la fórmula definitiva
17:07muestra una forma simplificada de la ecuación de Dirac.
17:22¿De qué está hecho el mundo y qué fuerzas lo gobiernan?
17:26Los físicos se han esforzado por hallar una única fórmula
17:29que pueda responder esa pregunta.
17:33El siguiente desafío al que se enfrentaron
17:36fue encontrar fórmulas para las tres fuerzas
17:39que unían a las partículas y las movían.
17:46Primero, abordaron la más conocida de las tres fuerzas,
17:50la fuerza electromagnética.
17:54La fuerza electromagnética atrae a los electrones al núcleo,
17:58pero también une átomos para crear diversas sustancias.
18:04En los años 30,
18:07un físico de la costa oeste de Estados Unidos
18:10se propuso encontrar la fórmula de la fuerza electromagnética.
18:17Ese físico era Robert Oppenheimer,
18:20que más tarde sería conocido como el padre de la bomba atómica.
18:25Se había ganado un merecido reconocimiento
18:28en una amplia variedad de campos de investigación.
18:34Conocía todos los aspectos de la física.
18:40Tenía un poder asombroso
18:43para sintetizar y comprender lo que ocurre.
18:49Podemos describir el enfoque adoptado por Oppenheimer
18:52y sus coetáneos de la siguiente forma.
18:57Dirac había llegado anteriormente a su fórmula
19:00de las propiedades de las partículas elementales
19:03con la simetría de Lorentz al arsenal de un físico.
19:12De forma parecida, Oppenheimer y otros físicos
19:15pensaban que al incorporar otra clase de belleza,
19:18es decir, la simetría,
19:21podrían descubrir la fórmula de la fuerza electromagnética.
19:29Oppenheimer y sus coetáneos centraron su atención
19:31en el cuarto tipo de simetría,
19:34la simetría gauge.
19:38La simetría gauge es un concepto complicado.
19:41En pocas palabras, es similar a la simetría rotacional.
19:47Describe una clase de belleza
19:50en la que si hubiera un transportador en cada punto del espacio
19:53que midiera la magnitud del electromagnetismo,
19:56la fórmula permanecería igual aunque cambiara el ángulo.
20:02Los físicos buscaban desarrollar una fórmula
20:05que poseyera los cuatro tipos de belleza matemática,
20:08incluyendo la simetría gauge.
20:14Entonces surgió otra vez una nueva fórmula.
20:19Era, por así decirlo,
20:22una versión evolucionada de la ecuación de Dirac.
20:25Poseía las cuatro simetrías
20:28y podía explicar las propiedades de la fuerza electromagnética
20:32La fórmula describía un mundo fascinante.
20:39Los electrones emiten partículas de luz llamadas fotones
20:42que conectan los electrones al núcleo.
20:49La idea se basaba en que eran las partículas
20:52las que poseían la fuerza.
21:02La fórmula que el nuevo tipo de simetría
21:05ayudó a crear explicaría el misterio
21:08de la composición del universo.
21:13Sin embargo, oculta
21:16yacía una verdad inesperada.
21:20Al descubrir que cierta cuantía física
21:23era calculada e infinita,
21:26todo dejó de tener sentido.
21:29Cuando se realizaron los cálculos
21:32los resultados indicaban que la energía de los electrones
21:35era infinita, lo que significaba
21:38que la materia no podría existir.
21:47¿Por qué los cálculos produjeron
21:50el resultado incomprensible de infinito?
21:53Oppenheimer y sus compañeros físicos
21:56repitieron los cálculos una y otra vez,
21:59pero eran incapaces de resolver el problema del infinito.
22:10Entretanto, el mundo estaba sumido en el caos.
22:17En septiembre de 1939
22:19Alemania invadió Polonia
22:22y comenzó la Segunda Guerra Mundial.
22:27Además, el físico estadounidense
22:30Enrico Fermi logró producir una reacción
22:33en cadena de fisión nuclear usando uranio.
22:37Este hecho dio lugar a que muchos físicos
22:40se involucraran en el desarrollo de la bomba atómica.
22:43Oppenheimer, el brillante físico de Estados Unidos,
22:46fue nombrado director del Proyecto Manhattan.
22:54Varios físicos se reunieron en Los Álamos,
22:57en el estado de Nuevo México.
23:07Y así, en los últimos años,
23:10las investigaciones para hallar la fórmula definitiva
23:13se desvanecieron sin haberse resuelto nunca
23:16el problema del infinito.
23:35La bomba atómica mató a cientos de miles de personas.
23:38La prensa apodó a Oppenheimer
23:41padre de la bomba atómica.
23:44Y ya nunca volvería a la vanguardia
23:47de las investigaciones sobre la fuerza electromagnética.
23:57¿No podría haber tomado Oppenheimer
24:00un camino distinto que lo hubiera mantenido
24:03en el mundo de la teoría física pura?
24:06En 1948, mientras se debatía con su conciencia
24:09después de la guerra, recibió una carta
24:12de una fuente insospechada.
24:16La carta estaba firmada por Shinichiro Tomonaga,
24:19un físico japonés del que jamás había oído hablar.
24:25Tomonaga afirmó...
24:28Durante la guerra he encontrado la forma de resolver
24:31el problema del infinito.
24:33Y me permitió la oportunidad de presentar
24:36mis hallazgos al mundo occidental.
24:40A Oppenheimer le conmovió aquel mensaje inesperado
24:43que le llegó desde un país que había sido víctima
24:46de la bomba atómica que él había diseñado.
24:49Oppenheimer, que reconoció inmediatamente
24:52la importancia de lo que se había hecho en Japón,
24:55reenvió la carta escrita por Tomonaga
24:58a todos los participantes
25:00y pidió al físico japonés que escribiera un artículo
25:03para publicarlo en el Physical Review
25:06y que se difundiera ampliamente.
25:10El ensayo de Tomonaga se tradujo y,
25:13con la ayuda de Oppenheimer, se publicó en la revista
25:16de renombre mundial Physical Review.
25:21El mundo se asombró por el ensayo que presentaba
25:24un nuevo método de cálculo que superaba con éxito
25:27el problema del infinito.
25:31Un físico estadounidense describió la situación
25:34de la forma siguiente.
25:37De una forma u otra, entre la ruina y el caos de la guerra,
25:40totalmente aislado del resto del mundo,
25:43Tomonaga había mantenido en Japón
25:46una escuela de investigación en física teórica que,
25:49en algunos aspectos, iba por delante
25:52de todo lo que existía en el resto del mundo en aquel momento.
25:57Llegó hasta nosotros como una voz de las profundidades
26:00de la humanidad.
26:12Casi al mismo tiempo, dos físicos estadounidenses
26:15presentaron una teoría equivalente a la de Tomonaga.
26:21En el ambiente de libertad posterior a la guerra,
26:24el problema del infinito se resolvió rápidamente.
26:27La fórmula desarrollada por Tomonaga
26:30y algunos otros físicos dio lugar a unos cálculos
26:33cuyos resultados coincidían con los hallazgos experimentales
26:36a un nivel asombroso.
26:39Un ejemplo de ello es la fuerza del magnetismo
26:42de los electrones.
26:45Esta es la figura producida por la fórmula
26:48que finalmente creó la búsqueda de la belleza.
26:52Coincide con la figura observada experimentalmente
26:54con una precisión de diez decimales.
27:03Permaneciendo fiel a la belleza de la simetría,
27:06se puede crear la fórmula correcta.
27:11Este principio ideado por Dirac
27:14ayudó a descubrir la fórmula de la fuerza electromagnética.
27:25Esta es la segunda línea de la fórmula definitiva
27:28descubierta por los físicos.
27:32Una fórmula increíblemente precisa
27:35que dejó huella en la historia.
27:47Y así fue descubierta por fin
27:50la fórmula de la fuerza electromagnética.
27:52Pero a principios de los años cincuenta
27:55los físicos que se esforzaban
27:58por descubrir la fórmula definitiva
28:01volvieron a sufrir un inesperado parón.
28:07Atrapado en aquel nuevo contratiempo
28:10estaba Chen Ningyan.
28:13Como recordarán, existen tres fuerzas
28:16que gobiernan los movimientos y la conducta
28:19de las partículas elementales.
28:22Ya se había descubierto la fórmula
28:25de la fuerza electromagnética
28:28que atrae los electrones al núcleo.
28:33Chen Ningyan centró su atención
28:36en la inteligencia espacial.
28:39Chen Ningyan centró su atención
28:42en la interacción nuclear fuerte
28:45que mantiene unidos los quarks
28:48que conforman el núcleo.
28:51También estudió la interacción débil
28:54que hace que los neutrinos escapen del núcleo.
28:57De nuevo fue la belleza de la simetría
29:00la que guió a Yang a la hora de buscar
29:03fórmulas para estas fuerzas.
29:08Pensé que debía existir un principio fundamental
29:11y me di cuenta de que efectivamente
29:14existía un principio fundamental
29:17para las interacciones electromagnéticas.
29:20Yang decidió comprobar si podía encontrarse
29:23algo similar a la belleza de la simetría gauge
29:26dentro del núcleo.
29:29Su búsqueda dio lugar a un concepto desafiante
29:32incluso para los físicos más experimentados
29:35y que es conocido como simetría gauge
29:38interactiva.
29:41En 1954, Yang y su colega Mills
29:44publicaron su trabajo de investigación.
29:48Incorporando un nuevo tipo de simetría gauge
29:51lograron desarrollar una fórmula
29:54para la fuerza existente entre partículas.
30:01Era como las ecuaciones de Maxwell
30:04solo que más elegante
30:07y con un tipo de simetría más ajustada.
30:11Yang y Mills habían dado un paso más
30:14en la electrodinámica cuántica.
30:20Si tomamos la teoría de Yang
30:23y la expresamos con términos de física contemporánea
30:26obtenemos una fórmula como esta.
30:29Ahora los físicos tenían lo que creían
30:32que eran los componentes que más se aproximaban
30:35a la fórmula definitiva
30:38salvo por la parte relacionada con el bosón de Higgs.
30:44Por fin había una fórmula que describía
30:47las fuerzas de las partículas elementales del universo.
30:51Todos los físicos del mundo estaban esperanzados.
30:54Pero les esperaba otra sorpresa.
31:02Era paradójico
31:05que la masa de las partículas
31:08con interacciones fuertes y débiles
31:11fuera cero sin importar cómo se calculara.
31:16Solo los componentes de la fórmula
31:19que más se aproximaban a la fórmula definitiva
31:21eran los fótons.
31:24Solo los fotones se sabía que carecían de masa.
31:27Todas las demás partículas como la W y la Z
31:30se suponía que tenían masa.
31:33Se sabía que el fotón no tenía masa.
31:36Se sabía que no tenía masa desde principios del siglo XX.
31:39Cuando se realizó este estudio teórico
31:42la W y la Z aún no habían sido descubiertas.
31:45Pero estaba claro que al no ser descubiertas
31:48debían ser muy pesadas.
31:51Las partículas fuertes
31:54no tenían masa
31:57por lo que se apartaba claramente de la realidad.
32:01Los físicos se habían volcado
32:04en la búsqueda de la belleza perfecta.
32:07Pero el problema de la masa cero
32:10les planteaba una paradoja ineludible.
32:13Además, a los físicos
32:16les aguardaban otras sorpresas.
32:18Posteriores avances en la investigación de la simetría
32:21dio lugar a la notable sugerencia
32:24de que no solo las partículas transportadoras de fuerza
32:27sino todas las partículas elementales
32:30que constituyen las unidades de materia más pequeñas
32:33tenían aparentemente cero masa
32:36al menos de acuerdo con las fórmulas.
32:39Es decir, el mundo entero carecía de masa.
32:42Esta fue la conclusión imposible
32:45que se extrajo de las fórmulas matemáticas.
32:49Si todas las partículas elementales
32:52realmente carecieran de masa
32:55tendríamos un grave problema.
32:59Según los cálculos
33:02los electrones escaparían de los átomos
33:05y toda materia se desintegraría.
33:09De repente, si todos los átomos
33:12hubieran adoptado un estado de perfecta simetría
33:15en el que todo tuviera cero masa
33:18no estarían volando.
33:21Todas las partículas saldrían volando a la velocidad de la luz
33:24y no habría masa estable, ni personas, ni perros, ni gatos, ni ciudades.
33:28Porque todo estaría siempre en movimiento
33:31y no habría materia estable para crear átomos.
33:49Vaya.
33:52Las cosas se estaban poniendo serias.
33:58Guiados por la belleza de la simetría
34:01los físicos, supuestamente, deberían haberse acercado
34:04cada vez más a la fórmula definitiva.
34:07Pero vieron cómo caían en un profundo pozo.
34:10El misterio de la masa.
34:13Habría que esperar al descubrimiento del bosón de Higgs
34:16para que se despejaran todos los misterios.
34:27¿Cómo afrontar el misterio de la masa
34:30que había surgido súbitamente?
34:34En los años 60, en Chicago, en Estados Unidos
34:37surgió un tipo de físico completamente nuevo.
34:40Se llamaba Yoichiro Nambu
34:43y había nacido en Japón.
34:46La gente decía de él
34:49Nambu puede ver el futuro.
34:53Este físico inconformista consiguió resolver
34:56la gran paradoja de masa igual a cero
34:59en presencia de belleza matemática.
35:04En el siglo XXI
35:06Nambu se volvió un fenómeno en la matemática.
35:11A principio de los años 60
35:14lo que a Nambu realmente más le interesaba
35:17era este fenómeno.
35:20Exacto.
35:23Es el problema del lápiz que se cae
35:26que vimos anteriormente.
35:29Que un lápiz se caiga
35:32nos puede parecer insignificante.
35:34Pero fue precisamente este fenómeno
35:37lo que ayudaría a Nambu a solucionar
35:40el problema de la masa cero.
35:44Podemos contemplarlo de esta forma.
35:47Digamos que hubiera un plano de un lápiz
35:50que se sostiene de pie.
35:53El plano nos dice que coloquemos el lápiz
35:56verticalmente para lo que es preciso
35:59simetría rotacional.
36:02¿Qué pasa si hacemos lo que dice el plano
36:05y tratamos de colocar el lápiz de pie?
36:09En realidad la simetría rotacional
36:12necesaria para el plano no se puede conseguir.
36:17Aunque hay simetría en el plano
36:20esta se pierde en el fenómeno que vemos en la realidad.
36:26Este fenómeno recibe el nombre de
36:28ruptura espontánea de la simetría.
36:31Concepto que más tarde le valdría al físico japonés
36:34el premio Nobel.
36:37A Nambu se le ocurrió que la ruptura espontánea
36:40de la simetría también podría hallarse
36:43en el plano del mundo natural.
36:46Ese fue originalmente el trabajo
36:49de Yoichiro Nambu.
36:52Que es posible que haya simetrías
36:55en las leyes de la naturaleza
36:58pero que no son respetadas por los fenómenos físicos.
37:05En 1961 Nambu presentó un ensayo
37:08sobre interacción nuclear fuerte.
37:11Si usamos el lenguaje de la física contemporánea
37:14el ensayo puede resumirse así.
37:17Esta es la fórmula que describe las propiedades
37:20de la interacción nuclear fuerte.
37:23En otras palabras es un plano de la interacción nuclear fuerte.
37:25Con más detalle se ve así.
37:29Ahora podemos ver los quarks
37:32que sienten la interacción nuclear fuerte.
37:35Este plano está diseñado para seguir un tipo de simetría gauge.
37:38Por lo tanto la masa de los quarks
37:41debe ser cero.
37:44Pero como vimos con el plano del lápiz
37:47tenía simetría rotacional.
37:50Sin embargo daba lugar a una realidad
37:52sin simetría rotacional.
37:55Nambu comprendió que el plano
37:58en el que los quarks tienen cero masa
38:01debe originarse en una realidad
38:04en la que los quarks tienen masa.
38:09No me di cuenta inmediatamente
38:12de la ruptura de la simetría.
38:16Fue una solución
38:19a la que llegué después de pensar mucho.
38:23Al echar la vista atrás
38:26comprendo que era un fenómeno obvio.
38:31Este es un sencillo sumario
38:34de lo que resolvió Nambu.
38:38Después de buscar la belleza matemática perfecta
38:41los físicos se toparon con la paradoja
38:44del acero-masa.
38:47Pero usando el lápiz que se cae
38:49como ejemplo
38:52Nambu consiguió demostrar que la belleza perfecta
38:55estaba destinada a desmoronarse
38:58y por lo tanto dio origen a la masa en el mundo.
39:07El hecho cotidiano del lápiz que se cae
39:10dio paso al concepto de ruptura espontánea
39:13de la simetría.
39:16Era un importantísimo descubrimiento
39:19de la simetría.
39:27Por fin llegó el momento
39:30de que hiciera su aparición el bosón de Higgs.
39:33Siguiendo la estela del concepto de Nambu
39:36que explicaba la masa de los quarks
39:39los físicos tenían ahora que atribuir masa
39:42a electrones, neutrinos y partículas
39:45de interacción débil.
39:50Steven Weinberg
39:53es profesor en la Universidad de Texas.
39:57Trabajaba entonces en la idea
40:00de usar el concepto de ruptura espontánea
40:03de la simetría de Nambu para demostrar que
40:06al igual que los quarks las demás partículas elementales
40:09también tenían masa.
40:12Finalmente se aventuró a adentrarse
40:15en un área prohibida en la que ningún otro físico
40:17había atrevido hacerlo.
40:21Decidió introducir en su teoría
40:24una oportuna partícula que nadie pensó
40:27que podía existir en el mundo.
40:31La teoría de Salaam y Mía
40:34abrió un nuevo campo
40:37un nuevo tipo de fuerza en la teoría.
40:42Un campo que adquiere valor
40:44en un lugar vacío
40:47incluso lejos de cualquier fuente
40:50y que de hecho se extiende por todo el universo.
40:53Es el campo que rompe la simetría.
40:56Este es el trabajo de investigación
40:59que Weinberg usó como referencia en aquel entonces.
41:02Estaba escrito nada menos que por Peter Higgs
41:05que ganó el premio Nobel de física en 2013.
41:09El trabajo establecía que si la partícula elemental
41:11el bosón de Higgs existiera en realidad
41:14la simetría de belleza matemática
41:17se rompería espontáneamente
41:20y las partículas elementales
41:23y las partículas transportadoras de fuerza
41:26adquirirían masa.
41:29Se dice que esta partícula
41:32está considerablemente ausente al principio
41:35pero después ocupa los espacios de forma espontánea.
41:38Esta idea se basaba en el concepto de Nambu
41:41de que la belleza perfecta
41:44que inicialmente existe en el mundo
41:47se pierde luego espontáneamente.
41:53Según Weinberg
41:56las partículas como los electrones
41:59son bloqueados por los bosones de Higgs
42:02y les resulta más difícil moverse.
42:04Esta dificultad para moverse
42:07es la que sentimos como masa.
42:15Weinberg presentó su ensayo en 1967.
42:21En su ensayo Weinberg
42:24logró atribuir masa a electrones
42:27y partículas de interacción débil
42:30usando la idea del bosón de Higgs.
42:35A los físicos les había echado para atrás
42:38el misterio de la masa
42:41pero con la ayuda del bosón de Higgs
42:44habían encontrado finalmente
42:47un modo de acercarse más a la fórmula definitiva.
42:54Sin embargo la teoría de Weinberg
42:57se recibió con escepticismo en su momento.
43:04Muchos físicos no podían quitarse de encima
43:07la sensación de que la existencia del bosón de Higgs
43:10era demasiado oportuna.
43:13No es bonito.
43:16Bonito es algo que una vez que lo ves
43:19tiene que ser así
43:22y si lo cambias un poco ya no está bien.
43:27La idea de Higgs no tiene esa propiedad.
43:30Yo describo la situación
43:33como tener una casa preciosa.
43:36Puedes tener una casa preciosa
43:39pero necesitas tener un retrete.
43:42El mecanismo de Higgs es como el retrete.
43:47El famoso físico Stephen Hopkins
43:50llegó incluso a apostar en contra de la existencia del bosón de Higgs.
44:00Pero hubo un avance importante en 2012.
44:07Habían pasado más de 40 años
44:10desde que Weinberg presentó su teoría.
44:15En un inmenso centro experimental
44:18donde se podía lanzar energía de una magnitud sin precedentes
44:21a un único punto en el espacio
44:24se detectaron señales del bosón de Higgs.
44:30Hoy hemos tenido éxito.
44:33Hemos descubierto una nueva partícula.
44:36Un bosón. Probablemente el bosón de Higgs.
44:43La teoría de Weinberg
44:46finalmente había demostrado ser cierta.
44:51La teoría del bosón de Higgs
44:54en la que se había basado
44:56fue reconocida y premiada con el Nobel.
45:12Los físicos habían llegado por fin
45:15a una única fórmula.
45:18El modelo estándar que explica
45:21los cuatro tipos de partículas elementales
45:23que conforman el universo
45:26estaba finalmente completo.
45:30En una esquina del CERN,
45:33Organización Europea para la Investigación Nuclear,
45:36donde fue descubierto el bosón de Higgs,
45:39un monumento conmemora la fórmula
45:42que se creía más próxima a la fórmula definitiva.
45:45Marcó la culminación del camino recorrido por los físicos
45:48a lo largo de 100 años.
45:54¿Cómo se refleja la bella simetría
45:57de la fórmula definitiva en el mundo que nos rodea?
46:01Los físicos comprenden la historia del universo
46:04a partir del Big Bang de la siguiente forma.
46:13El universo comenzó según el plano
46:16que inicialmente mantuvo su perfecta simetría
46:19y que es la fórmula definitiva.
46:24En aquel momento
46:27todas las partículas elementales carecían de masa
46:30y volaban diseminadas.
46:33Pero más tarde, como resultado
46:36de la ruptura espontánea de la simetría
46:39producida por el bosón de Higgs,
46:42las partículas elementales adquirieron masa.
46:45Como resultado de esta masa adquirida,
46:48las partículas se unieron para formar átomos.
46:50Comenzaron a aparecer estrellas y a crearse las galaxias.
46:57Incluso el hecho de que nosotros
47:00existamos actualmente en el mundo
47:03se cree que ha formado parte siempre de la fórmula definitiva.
47:13Gracias al descubrimiento del bosón de Higgs,
47:16se dice que no hay fenómeno en el mundo
47:18que no pueda explicarse por medio del modelo estándar.
47:26Sin embargo, en vez de celebrar su gran logro,
47:29los físicos que desarrollaron el modelo estándar
47:32trabajan ahora con decisión y esmero
47:35en su próximo objetivo.
47:39Las partículas elementales son tan ligeras
47:42que nunca había parecido necesario
47:45considerar la cuestión de la fuerza gravitacional.
47:48Ahora los físicos de primera línea
47:51están de acuerdo en que si no se tiene en cuenta la gravedad,
47:54nunca se podrá descubrir la fórmula definitiva.
48:01No estamos satisfechos con una teoría elegante
48:04de interacción débil, fuerte y fuerza electromagnética.
48:07Queremos que también sea una teoría de gravitación.
48:12La idea de una visión unitaria de la naturaleza
48:15en la que todo pueda explicarse en términos de profundidad
48:18de las leyes fundamentales
48:21creo que es nueva en el siglo XX.
48:25Supone un enorme cambio filosófico,
48:28ya que es un cambio en el tipo de conocimiento
48:31que deseamos encontrar.
48:35Los físicos han invertido cientos de años
48:38en tratar de descifrar la naturaleza del universo.
48:41Su cruzada en busca de la fórmula definitiva
48:44continúa hasta el día de hoy.