Simetrías en Física y la muerte de un titán: Steven Weinberg

El 23 de julio de 2021 falleció a los 88 años de edad Steven Weinberg, premio Nobel de física de 1979 y uno de los físicos teóricos más grandes de la historia.

Además de revolucionar nuestra comprensión de los aspectos más profundos del universo, Weinberg tenía en cierta forma mucho del ideal integrador renacentista del Homo universalis.

Dueño de una cultura científica, literaria e histórica exquisita, junto con una extraordinaria perspectiva del universo, del papel de la ciencia en las sociedades humanas y la filosofía de la ciencia, trabajó arduamente contra la proliferación nuclear y abogó muy fuertemente por la construcción de los aceleradores de partículas necesarios para el avance de la ciencia, pese a la oposición política.

Como maestro y divulgador científico se caracterizó por comunicar ideas complejas con una claridad y elegancia que muy pocos consiguen, y hoy, todo estudiante de física teórica está familiarizado con sus textos clásicos, como Gravitation and Cosmology o los tres volúmenes de su Quantum Theory of Fields.

Destacó además como divulgador, y fue autor de numerosos libros para todo público com Sueños de una teoría final, Explicar el mundo, Los primeros tres minutos y Plantar cara: La ciencia y sus adversarios culturales. En ellos abarcó temas tan diversos como el origen del universo, la física de partículas, y la naturaleza de la ciencia. Además de mostrar qué es la ciencia, su funcionamiento, y el cómo llegamos a descubrirla, explica de forma magistral por qué es crítico para la supervivencia de la civilización desarrollar la cultura científica y no dejarnos llevar por la oscuridad de la superstición. Todo ello explicado con la lucidez y elocuencia que sólo Weinberg es capaz de lograr.

Su obra maestra está relacionada a un concepto matemático que está en el corazón de la física: la simetría. Weinberg usó las simetrías con creatividad artística para explicar cómo en los primeros instantes del universo surgieron las leyes de la física, las reglas del juego cósmico.

Para entender esta joya de la ciencia, debemos empezar por el hecho de que toda la materia se encuentra gobernada por cuatro interacciones fundamentales, cuatro fuerzas que rigen el universo. Una de ellas es la gravedad, descrita magníficamente por la teoría general de la relatividad de Einstein. Las otras tres fuerzas están descritas por lo que el mismo Weinberg bautizó como el Modelo Estándar de partículas fundamentales. Es un nombre demasiado modesto para uno de los pilares de nuestra comprensión de todo lo que existe: Weinberg tenía múltiples habilidades, pero bautizar cosas no era una de ellas.

La más familiar de las fuerzas del Modelo Estándar es el electromagnetismo; otra de ellas es la interacción débil. Esta última es de muy corto alcance, y usualmente se revela ante nosotros sólo en procesos como el decaimiento radioactivo de los elementos pesados. Ambas fuerzas parecen ser muy distintas: puesto que la interacción débil es de corto alcance, debe ser mediada por portadores con masa, a diferencia del electromagnetismo, cuyo largo alcance se debe a que es mediada por fotones sin masa.

Su artículo, A model of Leptons, fue de una creatividad revolucionaria. Propuso que ambas fuerzas nacen de una única fuerza fundamental electrodébil a través de un proceso llamado quiebre de simetrías. La primera simetría es la de paridad, o reflexión espacial: las leyes de la física asociadas a la interacción débil diferencian entre el universo real y su reflexión en un espejo. La otra simetría que se quiebra en forma espontánea es SU(2)×U(1) debido a la acción del bosón de Higgs. En este artículo revolucionario, Weinberg conjuga de forma armónica ambos quiebres de simetría para mostrar cómo una fuerza unificada da origen a estas dos interacciones en apariencia radicalmente distintas, prediciendo además la existencia de una nueva partícula. Weinberg la bautizó como Z⁰ y sería una especie de fotón masivo para la interacción débil, el cual junto con los bosones W^± la describe en forma completa.

Estas propuestas fueron confirmadas en los mismos aceleradores de partículas por los que abogó con insistencia, y por ello recibió el premio Nobel en 1979 junto a Abdus Salam y Sheldon Glashow. Estas ideas constituyen uno de ladrillos fundamentales del Modelo Estándar de la Física de Partículas.

Este trabajo febril es parte de su enorme contribución a la humanidad como un todo. Steven Weinberg tenía la convicción de que en este universo bello, pero hostil y sin un propósito, era nuestro deber como humanidad usar la ciencia para elevarnos y forjarnos un objetivo digno de nosotros mismos. Tal como él mismo dice en su libro Los primeros tres minutos:

“El esfuerzo por entender el universo es una de las pocas cosas que eleva la vida humana por sobre el nivel de la farsa, y le da algo de la dignidad de la tragedia.”

—Steven Weinberg (3 de mayo de 1933 – 23 de julio de 2021)