LA NADA ES BELLA
No es extraño que la ciencia busque simetría. En ella residen los cimientos de la belleza y la simplicidad, dos de los motores principales de la actividad científica. La simetría impregna a la ciencia en todos sus ámbitos y se pone de manifiesto incluso en la pregunta más fundamental que podemos formularnos: ¿Por qué hay algo en lugar de nada? Llamamos “nada” a la hoja en blanco sobre la que se inscribe la realidad física. Desde la perspectiva de nuestra mente, la nada es el estado de las cosas más natural, el que tiene costo cero.

La nada se ve igual en toda su extensión, infinita y despojada. Es el “no va más” de la simetría. En la nada no existe ninguna dirección privilegiada, ningún instante de tiempo especial, ni un antes ni un después, ni la noción de zurdo o diestro. No existe ni lo positivo ni lo negativo. Si el universo consistiera de nada, no habría pregunta alguna que hacer. No habría ciencia.

Las leyes científicas fundamentales tienen algunas de las propiedades de esa nada. A las leyes de Newton, por ejemplo, no les importa en dónde ni a qué hora pongamos a un planeta a girar en torno a una estrella. La trayectoria predicha será idéntica si la estrella tiene la misma masa. La simetría ha sido, desde mediados del siglo XX, el motor y la fuente de inspiración en la búsqueda de las leyes de la física básica.

EL ALGO ES COMPLEJO
La existencia de “algo”, en cambio, nos abruma con sus preguntas y misterios. Su sola presencia establece un lugar del espacio singular, aquél en el que se encuentra ese algo, y un instante de tiempo en el que tiene lugar. El algo, como vemos, rompe simetrías. Esto vale para cada porción de materia o energía que habita nuestro universo. Pero no las rompe todas. Si ese algo, por ejemplo, es un electrón que se mueve, ya no será lo mismo el antes que el después, ni lo positivo y lo negativo ni, dado su giro intrínseco, lo zurdo y lo diestro. Sin embargo, los principios básicos sobre los que se sostienen las leyes de la física nos dicen algo sorprendente: da lo mismo un electrón zurdo que viaja hacia el futuro que un positrón (idéntico al electrón pero con carga positiva) diestro que viaja hacia el pasado.

Esto se conoce como simetría CPT. La C por el cambio en el signo de la carga eléctrica, la P por la paridad (que intercambia lo zurdo y lo diestro) y la T por la inversión temporal. Las leyes fundamentales del universo no se aplican a la imagen especular de éste, ni tampoco si cambiamos todas las cargas negativas por positivas y viceversa. Tampoco es lo mismo futuro que pasado. Pero, sorprendentemente, hacer estas tres transformaciones juntas nos deja con un universo sujeto a las mismas leyes. Esto no es el resultado de observaciones en un laboratorio. Es un teorema, demostrado a mediados de los  50 por Gerhart Lüders, Wolfgang Pauli y nuestro recordado Bruno Zumino.

Hay un aspecto novedoso en la simetría CPT, que la distingue de aquella de los desplazamientos espaciales y temporales de las leyes de Newton. Aquí no sólo hacemos cambios espaciotemporales. Modificamos el contenido de materia, cambiando electrones por positrones. Nos permitimos transformar las partículas elementales que constituyen la naturaleza, unas en otras. Estas “simetrías internas” son muy comunes en la física contemporánea. Más aún, no tenemos otro lenguaje para describir nuestras teorías que no sea el que nos proporcionan estas simetrías. Todo el zoológico de partículas que conocemos está organizado según los patrones que éstas dictan. Es como si las partículas se agruparan y uno pudiera pasar de una a otra haciendo uso de estas simetrías, tal como se cambia en un dado una cara por otra mediante una rotación. Saber qué partículas están en el mismo dado determina muchas de sus propiedades e interacciones.

FERMIONES Y BOSONES
Todos los “algos” que conocemos están hechos de masa y energía. La materia, la luz, el calor. Hoy sabemos que toda la materia está hecha a partir de átomos, que éstos tienen un núcleo poblado de neutrones y protones, y una nube de electrones orbitando a su alrededor. Las partículas del núcleo están, a su vez, constituidas por quarks. Todas las partículas mencionadas satisfacen lo que se conoce como el principio de exclusión de Pauli. En pocas palabras, no pueden ocupar simultáneamente un mismo estado ni una misma posición. Esto da lugar al proverbio que dice que la materia es impenetrable. A todas estas partículas se las denomina, colectivamente, fermiones.

Esta propiedad de los fermiones también explica por qué las propiedades de los átomos cambian tanto al hacer pequeñas variaciones en su estructura atómica. El cloro, por ejemplo, tiene 17 electrones. El argón tiene tan sólo uno más. La diferencia, por nimia que parezca, no es para nada irrelevante. El argón es un elemento inocuo, mientras que el cloro es venenoso. Diferencias en un solo fermión pueden producir cambios radicales por el hecho de que necesariamente deben ocupar estados no existentes con anterioridad.

La luz, en cambio, está formada por otra clase de ingredientes. Los fotones son partículas que pueden acumularse en grandes cantidades en un mismo punto del espacio. Viajar en grandes haces que no cambian en nada si les añadimos o les quitamos un puñado de fotones. La familia de los bosones incluye también a los menos familiares gluones, a los hipotéticos gravitones, y al afamado y recientemente descubierto bosón de Higgs. Los bosones tienen, además, la función de ser portadores de las fuerzas fundamentales. Los fotones, por ejemplo, lo son de las interacciones electromagnéticas. Los gluones, por su parte, de las fuerzas que mantienen unidos a los protones en el núcleo.

Fermiones y bosones tienen roles tan distintos y diferencias tan abrumadoras, que la sola idea de que también ellos fueran “distintas caras de un mismo dado” y que, por lo tanto, pudiesen ser intercambiados por la acción de una simetría, parecería descabellada por imposible. Se trataría de una simetría superlativa, exagerada. Por eso, cuando a principios de los 70 aparecieron los primeros indicios de que, al menos a nivel teórico, una criatura semejante podría existir, sólo cabía un nombre para ella: supersimetría.

QUEREMOS TANTO A SUSY
La supersimetría, a la que llamamos SUSY, nos dice que la materia y las interacciones son dos caras de la misma moneda. Algo tan alejado de nuestra experiencia observacional, que es difícil entender por qué es tomada tan en serio entre los físicos de partículas. Ocurre que la supersimetría dota a las teorías que la contienen de características muy deseables. Aquí comentaremos una de ellas: la posibilidad de que a escalas muy altas de energía, como aquellas que tuvieron lugar en los primeros instantes del universo, todas las fuerzas de la naturaleza puedan unificarse en una sola.

Para ello comencemos hablando de una propiedad muy curiosa de las interacciones fundamentales: su intensidad depende de la escala de energía a la que la exploramos. El caso más contraintuitivo es el de la llamada interacción fuerte que opera sobre los quarks. A altas energías, cuando logramos que dos quarks estén muy cerca, su interacción es casi inexistente. Como si no supieran el uno del otro. Sin embargo, si intentamos alejarlos, aumenta la interacción hasta el punto de impedirnos poder separarlos. Es como si estuvieran unidos por una goma elástica muy larga. Cuando están cerca, la goma está fláccida y no ejerce ninguna fuerza sobre ellos, pero al intentar separarlos, llegará el momento en el que sentiremos la oposición de la fuerza de tensión elástica.

Esta propiedad, de naturaleza cuántica, hace que la intensidad de las distintas interacciones fundamentales cambie de forma diferente con la energía. La fuerza nuclear fuerte, como dijimos antes, disminuye su intensidad, mientras que la fuerza electromagnética y nuclear débil aumenta. Es bastante natural pensar que deba existir alguna escala de energías en que todas las fuerzas de la naturaleza tengan la misma intensidad, revelando su origen común en la cocina del Big Bang. En el comienzo tendríamos un universo cuyas interacciones serían idénticas. Unificación que aumenta el grado de simetría. Así, el universo al nacer sería muy próximo a la nada.

Lamentablemente, las ecuaciones del modelo estándar, la teoría que gobierna a las partículas elementales, no llevan a esa unificación. Cuando la descabelladamente hermosa idea de la supersimetría comenzó su andadura, grande fue la sorpresa al comprobar que, incluyendo sus ingredientes en el modelo estándar, los acoplamientos de estas tres interacciones se unifican a una escala de energías perfectamente compatible con la historia del universo temprano. Un resultado limpio y simple. Contundente. ¿Verdadero?

Bruno Zumino fue uno de los padres de SUSY. Un hombre afable que luchó por mostrarnos que el universo no era algo tan distinto a la nada. Por llevarnos a eso que todo científico, todo humano, quiere escuchar: la naturaleza no es un extraño, complejo e improbable fenómeno. Por el contrario, es la consecuencia inevitable de lo más simple y evidente. Es cuestión de encontrar el ángulo correcto para poder apreciarlo.