Desde la materia viva hasta las moléculas y las partículas elementales, el mundo está hecho de objetos “quirales” que difieren de sus formas reflejadas.

Un artículo de Zack Savitsky. Historia original reimpresa con permiso de Quanta Magazine, una publicación editorialmente independiente respaldada por la Fundación Simons.

Tras sus aventuras en el País de las Maravillas, la ficticia Alicia atravesó el espejo sobre su chimenea en la novela de Lewis Carroll de 1871, A través del espejo, para descubrir cómo el mundo reflejado difería del suyo. Descubrió que todos los libros estaban escritos al revés y que la gente “vivía para atrás”, desenvolviéndose en un mundo donde los efectos precedían a las causas.

Cuando los objetos se ven diferentes en el espejo los científicos los llaman quirales. Las manos, por ejemplo, son quirales. Imagina a Alicia intentando estrecharle la mano a su reflejo. Una mano derecha en el mundo del espejo se convierte en una mano izquierda, y no hay forma de alinearlas perfectamente para un apretón de manos porque los dedos se doblan en el sentido equivocado. (De hecho, la palabra «quiralidad» proviene del griego «mano»).

La experiencia de Alicia refleja algo profundo de nuestro propio universo: nada es igual a través del espejo. El comportamiento de muchos objetos familiares, desde moléculas hasta partículas elementales, depende de con qué imagen especular interactuamos.

Leche del espejo

Al principio de A través del espejo, Alicia sostiene a su gata Kitty frente al espejo y amenaza con empujarla hacia el otro lado. «Me pregunto si te darán leche ahí dentro. Quizás la leche del espejo no sea buena para beber», dice.

Alice estaba en lo cierto. Poco más de dos décadas antes de la publicación del libro, Louis Pasteur descubrió, mientras experimentaba con vino caducado, que ciertas moléculas pueden ser quirales. Pueden presentarse en formas estructurales distintas, zurdas y diestras, imposibles de superponer. Pasteur descubrió que, si bien contienen los mismos componentes, las versiones especulares de las moléculas quirales pueden desempeñar funciones químicas distintas.

La lactosa, el azúcar presente en la leche, es quiral. Si bien ambas versiones pueden sintetizarse, los azúcares producidos y consumidos por los organismos vivos son siempre los diestros. De hecho, la vida tal como la conocemos utiliza únicamente azúcares diestros; de ahí que la escalera genética del ADN siempre gire a la derecha. La raíz de esta «homoquiralidad» sigue siendo uno de los mayores misterios que enturbian el origen de la vida.

Kitty no podría haber digerido la leche del espejo. Peor aún, si hubiera contenido alguna bacteria con la quiralidad opuesta su sistema inmunitario y los antibióticos no habrían sido capaces de enfrentarse a ella. Un grupo de científicos prominentes advirtió recientemente contra la síntesis de formas de vida que son imágenes especulares por esta razón: si alguna escapara del laboratorio podría evadir los mecanismos de defensa de las formas de vida que conocemos.

Reduciéndose

Bajando por la madriguera del conejo vemos rastros de quiralidad hasta en partículas elementales.

El trabajo de Pasteur sobre las moléculas se basó en un descubrimiento previo de Augustin-Jean Fresnel, quien en 1822 se dio cuenta de que diferentes prismas de cuarzo podían hacer que el campo eléctrico de la luz girase en una de dos direcciones: en sentido horario o antihorario. Si cada partícula de luz pudiera dejar una estela de humo, una espiral de humo hacia la derecha emergería de un prisma y una espiral hacia la izquierda de otro.

Hoy en día, los físicos consideran la quiralidad una propiedad fundamental de todas las partículas elementales, al igual que la carga o la masa. Las partículas sin masa siempre viajan a la velocidad de la luz y, además, todas poseen un momento angular intrínseco, como si giraran como una peonza. Si las partículas vuelan en dirección a tu pulgar pulgar, su giro sigue la dirección en que se curvan los dedos, ya sea de la mano derecha o de la izquierda.

La situación es un poco más complicada para partículas con masa, como los electrones y los quarks. Dado que una partícula con masa se desplaza más lentamente, un observador veloz podría sobrepasarla e invertir su dirección de movimiento, invirtiendo así su aparente quiralidad. Por esta razón, al describir la quiralidad de partículas con masa los físicos suelen referirse a la descripción matemática de las propiedades cuánticas de la partícula. Al rotar una partícula su función de onda cuántica se desplaza a la izquierda o a la derecha según su quiralidad.

Casi toda partícula elemental tiene una gemela al otro lado del espejo. Un electrón zurdo con carga negativa se refleja en el antipositrón, una partícula diestra con carga negativa.

En el mundo del espejo Alicia descubre que toda la lógica se ha trastocado: la gente corre para no moverse y celebra los «no cumpleaños» de todos los días en que no nació. De igual manera, nuestro universo difiere de su imagen especular. La fuerza débil —la fuerza responsable de la desintegración radiactiva— solo la perciben las partículas zurdas. Esto significa que algunas partículas se desintegrarán en el mundo normal mientras que sus contrapartes en el espejo no.

Además, hay una partícula que parece no se encuentra en el espejo. El neutrino solo se ha observado en su forma zurda. Los físicos de partículas investigan si el neutrino diestro existe o si sus imágenes especulares son simplemente idénticas, lo que podría explicar por qué el universo contiene algo en lugar de nada.

El artículo original, How the Universe Differs From Its Mirror Image, se publicó el 14 de mayo de 2025 en Quanta Magazine.

Traducido por César Tomé López