14. La Tierra de Mu

Tenía yo unos catorce años, cuando vi en la biblioteca pública un libro que me pareció fascinante. Era El continente perdido de Mu, por James Churchward; me lo llevé muy ilusionado.

El desengaño fue amargo. Podría yo ser joven, pero no tanto como para no conocer los disparates. Fue aquel mi primer encuentro con la «literatura seria», desatada por la leyenda de la Atlántida (en contraste con la ficción científica honrada); y ya no esperé al segundo.

Si queréis saber más acerca del mito de la Atlántida, o de Lemuria, de Mu, etc., no lo busquéis aquí. Os remito a una obra interesante y divertida, de un caballero del más alto coeficiente de racionalidad que he conocido: Lost Continents, por L. Sprague de Camp (Gnome Press, 1954).

Por mi parte no entraré más en el tema, fuera de decir que la «Tierra de Mu» era un continente hipotético, que cubría el Océano Pacífico, y que, como la Atlántida, se supone hundido en el mar, después de albergar una avanzada civilización.

Pura quimera, claro; pero ya veréis qué extraña coincidencia ha motivado el nombre «Mu».

Cuando en 1926 escribió Churchward su primer libro sobre «Mu», no podía figurarse que vendría una época en que el término «Mu» tomaría cierta importancia en la ciencia. Esta importancia radica principalmente en los problemas que han surgido en relación con «Mu», los cuales, lejos de estar resueltos o en vías de solución, en el último cuarto de siglo vienen haciéndose cada vez más arduos y desconcertantes; y hoy, mediados los sesenta, los más inquietantes y refinados enigmas de la física nuclear se refieren justamente a Mu.

En cierto modo existe de veras una «Tierra de Mu», y es mucho más fascinante y misteriosa que el fosco continente hundido, de la nebulosa imaginación de Churchward.

Permitidme, amables lectores, que os hable de esa auténtica Tierra de Mu.

Como acostumbro, empezaré por el principio, que en este caso es un capítulo anterior, en que describí los esfuerzos hechos para explicar la existencia de los núcleos atómicos, a pesar de la fuerte repulsión mutua de los protones en ellos contenidos. Permitidme que repase un poco.

Para explicar la existencia del núcleo, el físico japonés Hideki Yukawa había considerado preciso postular que existe una partícula de masa intermedia entre el protón y el electrón. En 1936 se encontró una partícula intermedia, que fue inmediatamente llamada «mesotrón», del griego meso, que significa «en medio» o intermedio. Suprimiendo una sílaba se abrevió ese nombre a «mesón».

Desgraciadamente ese feliz descubrimiento tenía dos fallos. En primer lugar, el mesón resultaba algo ligero.

Eso, no obstante, podría acaso pasar; era fácil que se comprobase que había factores no tenidos en cuenta por Yukawa en su razonamiento.

Menos fácil de remediar era el otro defecto. La más importante propiedad del mesón era reaccionar muy rápidamente con los protones y neutrones del núcleo, para que les sirviese de cemento. Con un protón, por ejemplo, tenía que reaccionar en no mucho más de una trillonésima de segundo. Un chorro de mesones, incidiendo en un grupo de átomos, tenía que ser engullido al instante.

Más no ocurría eso. Un chorro de mesones, animado de gran energía, puede atravesar algunas pulgadas de plomo. Al hacerlo los mesones tienen que chocar con gran número de núcleos, sin ser absorbidos por ninguno.

Durante una docena de años esto enojó a los físicos.

Se había predicho una partícula, había aparecido, y resultó que no era la partícula predicha. Afortunadamente, en 1948 fue descubierto un nuevo mesón, de masa algo mayor que la del primero, y que reaccionaba en forma casi instantánea con los núcleos. Su identidad con la partícula predicha por Yukawa era patente, y desde entonces los físicos no han tenido motivos para dudarla.

Se hizo entonces necesario dar nombres distintos a los dos mesones, y un buen modo era utilizar, como prefijos, letras griegas, cosa muy usual en la ciencia.

Por ejemplo, el primer mesón tenía derecho preferente a llevar el prefijo «m», inicial de «mesón». La letra griega equivalente a «m» es «μ», que se lee «mu^[35]». Por eso el primer mesón, el que no era la partícula de Yukawa, se llamó «mu-mesón», y cada vez con más frecuencia, en abreviatura, «muón».

El segundo mesón, que sí es la partícula de Yukawa, se descubrió primero en los productos del bombardeo, con rayos cósmicos, de la atmósfera superior («radiación primaria»). Debía, pues, llevar la inicial «p» de «primaria». La letra griega π, equivalente a «p», se llama «pi».

Por eso la partícula de Yukawa se denominó el «pi-mesón» o «pión»,

Llamando ahora 1 a la masa del electrón, comparemos la masa de ambos mesones, del protón y del neutrón. (Tabla 1.)

TABLA 1 – MASA DE LAS PARTICULAS SUBATOMICAS

Fijándonos en ese grupo de partículas podemos decir que el átomo está constituido por un núcleo, que contiene protones y neutrones, soldados entre sí por piones, y que fuera del núcleo existen electrones. Hay, pues, cuatro diferentes partículas, todas esenciales en la estructura atómica.

Pero queda todavía el muón, el mu-mesón; partícula que podemos llamar, si nos sentimos lo bastante románticos, la tierra de Mu del físico. ¿Cómo actúa? ¿Qué función desempeña?

¿Me creeréis que hace ahora unos treinta años que se descubrió el muón, y que los físicos no saben todavía cómo actúa, ni qué función desempeña?

Ese enigma, el primero de la tierra de Mu, no inquietó tanto como podríais suponer. En los años cincuenta y sesenta se descubrieron docenas de otras partículas, y estaba pendiente de explicación la existencia y funciones de gran número de ellas; no sólo del muón.

Ahora lo que se hace sentir es la necesidad de una teoría general, que abarque todas las partículas subatómicas en conjunto. Hasta empiezan ya a lanzarse esas teorías generales, pero no es este capítulo lugar para explicarlas.

Pero, respecto al muón, surgieron otros problemas que le afectan sólo a él, y no a ninguna otra partícula, y sobre los cuales los físicos no vislumbran aún ni sombra de respuesta.

Suponed que comparamos el muón con el electrón, por ejemplo:

1.º El electrón lleva una carga eléctrica negativa, tomada arbitrariamente como unidad; así que su carga se designa por -1. Tiene un gemelo con carga positiva, el positrón (carga +1). Pero no existe, por ninguna parte, un «electrón neutro» (de carga 0).

¿Debería existir? Veréis: hay un protón neutro (carga 0), que llamamos neutrón, un poquito mayor en masa que el protón (carga +1) y su gemelo el antiprotón (carga -1). Hay un pión neutro (carga 0), un poquito menor en masa que el pión positivo (carga +1) y su gemelo el pión negativo (carga -1).

Sin embargo, aunque pueden existir protones y piones sin carga, no hay, al parecer, electrones sin ella. Al menos jamás se ha observado un electrón neutro, ni hay razón teórica para sospechar que exista.

Veamos el muón. Hay un muón negativo (carga -1) y uno positivo (carga +1); pero no hay muones neutros.

Es más, en marzo de 1965, tres días antes de escribir yo esto, se publicó el resultado de un experimento, que consistió en disparar chorros de muones y electrones contra protones. De la forma de la dispersión, podía deducirse el volumen en que se repartía la carga eléctrica del muón o del electrón. No pudo apreciarse diferencia ninguna entre ambas partículas. Podemos, pues, afirmar que, en la clase y distribución de cargas, el muón no se distingue del electrón.

2.º Las partículas efectúan una especie de giro sobre su eje, que llamaremos «espín». El espín de un electrón o positrón puede expresarse por +1/2 ó -1/2. También el espín de un muón, negativo o positivo, puede expresarse por +1/2 ó -1/2. Tampoco en el espín se diferencian, pues, el muón y el electrón.

3.º El espín del electrón o positrón crea un campo magnético, cuya fuerza viene a valer 1.001162 magnetones de Bohr. El espín del muón, negativo o positivo, crea un campo magnético de fuerza igual a 1,001162 magnetones de Bohr. La diferencia es completamente insignificante, y en el magnetismo tampoco, pues, se diferencian casi el muón y el electrón.

4.º El electrón y el muón pueden tomar, o no, parte en ciertas interacciones con otras partículas; por ejemplo:

a) Un pión es una partícula inestable que, abandonada a sí misma, se desintegra en un par de centésimas de microsegundo^[36]. Al desintegrarse, puede producir un muón y un neutrino^[37], o bien un electrón y un neutrino.

En suma, cuando se desintegra un pión negativo puede producirse o un electrón o un muón negativo; al desintegrarse un pión positivo puede producirse o un positrón o un muón positivo.

b) Un electrón tiene muy poca tendencia a reaccionar con núcleos atómicos; tiende a permanecer fuera del núcleo. Pues bien, muones negativos pueden reemplazar a los electrones en sus órbitas alrededor de núcleos, formando los llamados «átomos muónicos». E indudablemente muones positivos podrían reemplazar a los positrones, en sus órbitas alrededor de núcleos de antimateria, para producir «átomos antimesónicos».

c) Puede ocurrir que un electrón, y su gemelo con carga positiva el positrón, giren uno alrededor del otro, formando un sistema neutro, llamado «positronio». También puede girar el electrón en torno a un muón positivo, y no al positrón, formando un «muonio». Indudablemente un positrón podrá girar alrededor de un muón positivo, formando un cuerpo al cual, que yo sepa, no se le ha inventado aún el nombre (¿«mumuonio»?).

Podemos, pues, afirmar que en la naturaleza de las interacciones con otras partículas, que puedan ejercer electrones y muones, no hay diferencia entre ellos.

Por eso los físicos, al estudiar el muón más y más a conciencia, empezaron a vislumbrar que él y el electrón son idénticos.

Bueno, idénticos casi. Quedan dos importantes aspectos que los distinguen.

Comprende el primero la cuestión de la estabilidad.

El electrón y el positrón son estables ambos. Uno cualquiera de ellos, aislado en el Universo, no alteraría, que nosotros sepamos, su naturaleza, para convertirse en algo distinto.

Pero el muón es inestable. Aun aislado en el Universo, se desintegraría, después de una vida media de 2,2 microsegundos. Un muón negativo se desintegra en un electrón y una pareja de neutrinos; un muón positivo, en un positrón y una pareja de neutrinos.

Esto parece ciertamente una diferencia enorme entre el electrón y el muón; pero no lo es, aunque os extrañe. Un microsegundo es un intervalo de tiempo breve, a escala humana, pero no a escala subatómica. En ésta hay reacciones y desintegraciones que se producen en 10^-23 segundos. En esos intervalos actúan las interacciones piónicas, que sirven para mantener conexo un núcleo atómico.

Si tomamos 10^-23 segundos como un intervalo normal de tiempo, en la escala subatómica, corto, pero no demasiado, podemos equipararlo con un segundo en la escala humana. Entonces 10^-6 segundos, que es cien mil billones de veces más largo que 10^-23 segundos, equivaldría a tres mil millones de años en la escala humana.

Desde el punto de vista del tiempo subatómico, el muón dura miles de millones de años, o bien, «prácticamente por siempre».

La diferencia entre un electrón, que dura por siempre, y un muón, que dura prácticamente por siempre, no es lo bastante grande para preocupar a un físico.

Pero vosotros podéis ser más exigentes que los físicos. «Prácticamente siempre» no es «siempre», podéis exclamar; y seis mil millones de años no es la eternidad.

En ese caso, miradlo de esta otra manera: Cuando se desintegran las partículas subatómicas, tienden a formar partículas más ligeras, con tal de no quebrantar ninguna «regla del juego». Así, cuando se desintegra un muón negativo, forma el electrón, negativo, pero más ligero. La masa disminuye, pero la carga eléctrica se mantiene, porque las reglas del juego exigen que las cargas jamás desaparezcan.

Pero el electrón no puede desintegrarse, porque no existe partícula alguna, portadora de carga eléctrica, de menos masa que él. La carga tiene que conservarse, y, por tanto, también el electrón, forzosamente.

También el positrón permanece estable, porque no existe partícula alguna de menos masa, portadora de carga positiva.

(Claro que un electrón y un positrón pueden aniquilarse mutuamente, porque la carga negativa del primero anula la positiva del segundo. La carga conjunta del par, antes de la aniquilación, es -1 + 1 = 0; así que no hay destrucción de carga neta).

En suma, el hecho de que el electrón dure siempre, y el muón sólo «prácticamente siempre» es debido por entero a la diferencia de masas. Podemos, pues, ignorar la diferencia de estabilidades, como efecto por completo secundario, y pasar a la diferencia de masas, que parece esencial.

El muón negativo tiene 206,77 veces más masa que el electrón; el positivo, 206,77 veces más masa que el positrón. Hasta 1926, todas las demás diferencias entre ambas series de partículas parecían proceder de esa diferencia de masas.

Un ejemplo es la diferente estabilidad del muón y el electrón. He aquí otro: Cuando un mesón sustituye a un electrón, en su órbita alrededor de un núcleo atómico, formando un átomo mesónico, el mesón tiene que poseer el mismo momento angular que el electrón. El momento angular crece con la masa, y también con la distancia al centro de rotación. Como la masa del mesón es más de 200 veces mayor que la del electrón, tiene que compensar ese exceso de masa, acercándose proporcionalmente al centro de rotación (al núcleo). En los átomos de gran masa, que suelen mantener muy próximos sus electrones externos, el mesón, más cercano todavía, gira en realidad dentro del perímetro del núcleo. Eso de que el muón pueda circular libremente dentro del núcleo demuestra la poca tendencia que tiene a reaccionar con los protones y neutrones. (Además suscita desconcertantes problemas, sobre la naturaleza y estructura interior del núcleo).

Así como los electrones de un átomo, al saltar de un nivel a otro de energía, suelen emitir o absorber fotones de luz visible, las mucho mayores masas mesónicas salvan desniveles energéticos mayores también.

Los fotones que esos átomos emiten o absorben son más de 200 veces más energéticos que los de luz visible, y están en la zona de los rayos X.

La peculiar estructura del átomo mesónico y su capacidad de emitir y absorber rayos X pueden, pues, considerarse como meras consecuencias de la gran masa del muón.

He aquí otro ejemplo: Un pión, al desintegrarse, puede formar un muón o un electrón. Podría suponerse que, si el muón y el electrón guardan perfecta analogía, ambos deberían tener igual probabilidad de formarse, y que resultarían tantos electrones como muones. Pero no es así. Por cada electrón formado, se forman 7.000 muones. ¿Por qué será?

Según la teoría de tales interacciones, la probabilidad de que se forme un muón o un electrón depende de lo que se aproxime a la velocidad de la luz la velocidad de la partícula formada. El electrón es una partícula muy ligera y, en el momento de formarse, es disparado casi a la velocidad de la luz. Pues bien; por faltarle tan poco para llevar la velocidad de la luz, es tan poco probable su formación.

Pero el muón, de masa 200 veces mayor, es, por tanto, mucho más inerte. Su velocidad al formarse es bastante menor que la velocidad de la luz, y la probabilidad de que se forme aumenta paralelamente. La diferencia entre el número de muones y el de electrones que se producen al desintegrarse un pión, resulta también consecuencia de la diferencia de masas.

Los físicos han comenzado, pues, a ver sólo en el muón negativo un «electrón pesado», y en el positivo un «positrón pesado». Y ése es el segundo enigma de la «tierra de Mu de los físicos». ¿Por qué será tanto mayor la masa del muón que la del electrón, y precisamente 206,77 veces mayor, ni más ni menos?

Nadie lo sabe.

Además, ¿por qué esa enorme diferencia de masas ha de influir tan poco en la carga, espín, campo magnético y tipo de interacciones experimentadas? Nadie lo sabe.

Pues ni siquiera eso es todo. He reservado para lo último el enigma más reciente e inquietante.

Existen unas partículas sin masa ni carga, llamadas neutrinos, que tienen por gemelos a los antineutrinos.

(Son opuestos en la dirección de sus campos magnéticos). Tales partículas están especialmente asociadas a los electrones y positrones.

Cuando en el curso de la desintegración de una partícula se forma un electrón, se produce, al mismo tiempo, un antineutrino. Cuando se forma un positrón, se produce con él un neutrino.

Cuando en el curso de la desintegración de una partícula se forma un muón negativo, se forma también con él un antineutrino. Y claro que cuando se forma un muón positivo, lo acompaña un neutrino.

Al principio se pensaba que, puesto que el muón tiene mayor masa que el electrón, el neutrino producido cuando un muón debía tener mayor masa que el producido cuando un electrón, Por eso los físicos los distinguían, llamando «neutreto» al asociado con un muón.

Sin embargo, cuanto más detenidamente observaban el neutreto, menos masa le encontraban, hasta que al fin resolvieron que el neutreto no tiene masa.

Mas la única diferencia entre muones y electrones era la masa, y si esa diferencia se borraba entre el neutreto de unos y el neutrino de los otros, ya no cabían otras entre neutrinos y neutretos.

Ambos eran neutrinos (o antineutrinos). Los físicos resolvieron que el neutrino (o antineutrino) de muón, y el neutrino (o antineutrino) de electrón eran en todo la misma partícula. Esto parecía sólo otro ejemplo más de cómo el electrón y el muón no podían distinguirse, sino en la masa, y en propiedades derivadas de ella.

Pero quedaba otro problema. Cuando se desintegraba un muón negativo producía un electrón y dos neutrinos. Por consideraciones teóricas, era necesario considerar uno de ellos como neutrino, y el otro como antineutrino.

Pero un neutrino y un antineutrino deben ser capaces de aniquilarse entre sí, no dejando más que radiación electromagnética. En ese caso, un muón negativo debería desintegrarse formando un electrón, como única partícula; y un muón positivo debería desintegrarse formando, como única partícula, un positrón. Al menos eso debería observarse de vez en cuando.

Sin embargo, nunca se observaba. En la desintegración, tanto del muón negativo, como del positivo, siempre se formaban el neutrino y el antineutrino y nunca se aniquilaban entre sí. Los físicos empezaron a sospechar, que acaso el neutrino y el antineutrino no se aniquilaban entre sí, porque no podían aniquilarse. Acaso había dos clases de neutrinos y dos de antineutrinos, una pareja asociada con los electrones y la otra con los muones: y quizá el neutrino de una pareja no podría aniquilar al antineutrino de la otra.

¿Podría ser, pues, que un muón negativo se descomponga formando: 1.º un electrón; 2.º un antineutrino electrónico y 3.º un neutrino muónico? Y, ¿podría descomponerse un muón positivo, formando 1.º un positrón, 2.º un neutrino electrónico y 3.º un antineutrino muónico?

Si así fuese, eso explicaría los hechos de la desintegración muónica. Sin embargo, la posibilidad de dos clases de neutrinos parecía demasiado, para aceptarla sin testimonios adicionales.

Por eso, en 1962 se proyectó y realizo en Brookhaven, Long Island, un experimento de «neutrinos diferentes». Se lanzaron protones de alta energía sobre un blanco de berilio, de modo que produjeron un choque de piones positivos y negativos, de alta energía. Esos piones se desintegraron, casi inmediatamente, en muones positivos y negativos. Los positivos, al formarse, iban acompañados por neutrinos muónicos, mientras que los muones negativos se formaban acompañados por antineutrinos muónicos.

Antes de que los muones tuviesen tiempo de desintegrarse, chocaba el chorro con una plancha blindada de unos 45 pies de espesor. Todos los piones y muones quedaban detenidos, pero los neutrinos y antineutrinos seguían adelante. (Los neutrinos pueden atravesar años luz de materia sólida, sin ser detenidos).

Al otro lado de la plancha blindada, los neutrinos tenían ocasión de reaccionar con partículas. Era muy raro que reaccionasen, pero lo hacían alguna vez. Por ejemplo, un neutrino (carga 0) chocaba con un neutrón (carga 0) y formaban un protón (carga +1).

Pero las reglas del juego no permiten que se forme de la nada una carga eléctrica positiva. Si alguna se forma, tiene que aparecer simultáneamente una partícula con carga opuesta, para que permanezca nula la carga total.

Por eso, cuando un neutrino y un neutrón se combinan, formando un protón, tienen que formar también, o un electrón, o un muón negativo, ya que uno u otro ha de proporcionar la carga -1, precisa para compensar la +1 del protón.

Todos los neutrinos del experimento se formaban acompañados de muones, luego eran neutrinos muónicos. Si éstos fueran de verdad distintos de los neutrinos electrónicos, sólo deberían formarse muones. Si los neutrinos muónicos eran idénticos a los electrónicos, al chocar con neutrones podrían producir electrones, además de muones; no en igual número, porque influiría la diferencia de masa, pero se formarían unos y otros.

Pues bien; en el primer experimento y en todos los siguientes, se formaron muones, sólo muones. Electrones jamás fueron observados.

La conclusión es que hay, efectivamente, dos parejas neutrino-antineutrino; una asociada a electrones y positrones, y otra de muones negativos y positivos.

Y ahora viene el tercer enigma de la tierra de Mu de los físicos: ¿Qué diablos de diferencia hay entre el neutrino muónico y el electrónico?

Ambos carecen de masa; también de carga. Ambos tienen de espín 1/2. Tomadlos ambos aislados, y el físico no puede concebir el modo de distinguir uno del otro.

Pero el neutrón sabe distinguirlos: con uno de ellos reaccionará formando un protón y un mesón; y con el otro, formando un protón y un electrón. Pero ¿cómo distingue el neutrón los dos neutrinos, si nosotros no sabemos diferenciarlos?

Nadie lo sabe.

Pues aquí tenéis «la tierra de Mu» de los físicos. Comparad estos misterios con la tierra de Mu de Churchward, que no da más de sí que el imaginario hundimiento de un continente mítico, y decidme cuál tiene más interés novelesco.