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29 de Julio de 2015
Física teórica

Fallece Yoichiro Nambu, padre de la ruptura de simetría en física de partículas

El físico también realizó contribuciones pioneras en superconductividad, cromodinámica cuántica y teoría de cuerdas

Yoichiro Nambu en una charla en la Universidad de Osaka en 2014. [Universidad de Osaka]

El pasado 5 de julio falleció en Osaka Yoichiro Nambu, catedrático emérito de la Universidad de Chicago y uno de los físicos teóricos más influyentes de la segunda mitad del siglo XX. En 2008, Nambu compartió el premio Nobel de física por introducir el concepto de ruptura espontánea de simetría en física de partículas, una idea que hoy permea la física teórica moderna y la noción básica en la que se apoya el mecanismo de Higgs, el fenómeno por el que las partículas elementales adquieren masa.

Nambu nació en Tokio en 1921. Obtuvo el grado de doctor en física por la universidad de dicha ciudad en 1952 y, dos años después, se incorporó a la Universidad de Chicago, en la que permanecería durante el resto de su carrera investigadora. Obtuvo la ciudadanía estadounidense en 1970. Su muerte fue comunicada el pasado 17 de julio en un breve comunicado por la Universidad de Osaka, donde ocupaba un cargo de profesor honorario.

El interés de Nambu por la ruptura espontánea de simetría se remonta a sus intentos por entender la superconductividad. En 1960, y de manera complementaria a otros trabajos en el campo, Nambu demostró que el estado superconductor de un material podía entenderse como uno en el que cierta simetría de la teoría subyacente quedaba oculta. Un año después, en dos artículos que hacían contacto explícito con la teoría de la superconductividad, Nambu y Giovanni Jona-Lasinio, por entonces también en Chicago, aplicaron el mismo principio a la física de partículas con el objetivo de explicar la masa de los protones y los neutrones. En su disertación de Nobel, leída en diciembre de 2008 en Estocolmo por Jona-Lasinio, Nambu explicaba así el fenómeno de la ruptura espontánea de simetría:

[El fenómeno] es, de hecho, uno muy familiar en la vida cotidiana [...]. Consideren, por ejemplo, una vara elástica en posición vertical. Tiene una simetría rotacional; parece la misma desde todas las direcciones horizontales. Pero, si aplicamos una presión creciente y la estrujamos, se combará en alguna dirección y esa simetría se perderá. En principio, el pandeo puede tener lugar en cualquier dirección, ya que todas ellas son equivalentes. Pero no lo verán hasta que no repitan el experimento muchas veces. Eso es la ruptura espontánea de simetría.

Aunque la propuesta de Nambu y Jona-Lasinio para explicar la masa de los nucleones se entiende hoy como un modelo efectivo, o aproximado, su formulación marcó un antes y un después en la física teórica moderna. Por un lado, hizo explícita la analogía entre las excitaciones cuánticas de un material (excitaciones sobre su estado de energía mínima) y las partículas subatómicas (excitaciones del vacío cuántico). Por otro, estableció que la ruptura espontánea de simetría implicaba una consecuencia que poco después se demostraría genérica: la aparición de un nuevo bosón, hoy conocido como bosón de Nambu-Goldstone. Y, sobre todo, aportó un método extraordinariamente fértil para derivar consecuencias no triviales a partir de leyes físicas simples. La otra mitad del Nobel de 2008 fue a parar a M. Kobayashi y T. Maskawa por sus estudios sobre la asimetría entre materia y antimateria.

Nambu también introdujo el concepto de «carga de color» (un análogo formal de la carga eléctrica) para explicar las interacciones entre quarks, con lo que contribuyó de manera fundamental a la formulación de la cromodinámica cuántica, la teoría moderna de las interacciones fuertes. Su interés por dicha teoría le llevó a proponer una idea que, a la postre, acabaría cuestionando uno de los paradigmas de la física fundamental: la suposición de que todas las entidades elementales de la naturaleza son partículas puntuales. A finales de los años sesenta, Nambu fue uno de los investigadores que supo reinterpretar uno de los modelos que se manejaban en aquella época para explicar las interacciones entre hadrones (los modelos de resonancias duales) en términos de las excitaciones de un objeto extenso de una dimensión, o «cuerda». Poco después, la idea se emanciparía del contexto de las interacciones fuertes y daría lugar a la teoría de cuerdas, hoy considerada la candidata más firme a unificar todas las interacciones de la naturaleza.

Más información en la Universidad de Chicago y Physics World.

—IyC

Nambu expuso sus ideas sobre la interacción fuerte en «El confinamiento de los quarks», artículo publicado en 1977 en Investigación y Ciencia y reeditado hace poco con ocasión del monográfico «Grandes ideas de la física», numero conmemorativo del 20.º aniversario de la colección TEMAS de Investigación y Ciencia.

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