Las tres familias de partículas elementales y la flecha del tiempo

Tal vez el hecho más intrigante del mundo de las partículas elementales es la existencia de tres y sólo tres familias. La primera viene formada por los quarks up y down junto con el electrón y neutrino electrónico. La misma estructura se repite con los quarks charm y strange en compañía del muón y del neutrino muónico. La tercera réplica corresponde a la familia formada por los quarks top y bottom, junto con el tauón y el neutrino tauónico.

¿Por qué la naturaleza nos ofrece tres replicas de la misma estructura? Esta es una pregunta de gran calado y que cuestiona la estructura última del Modelo Estándar de las interacciones electrodébiles. Sin embargo, hay una observación que no puede dejarnos indiferente. En el Modelo Estándar sólo es posible tener violación de T (inversión temporal) si existen tres o más familias.

La violación de la simetría T es un hecho realmente excepcional. Implica que hay procesos físicos que pueden discriminar entre un tiempo que avanza en un sentido o en el opuesto. Esta violación de T, debida a la presencia de tres familias de partículas elementales, es la única situación en que las leyes que rigen el universo a nivel microscópico seleccionan una flecha del tiempo.

No debe confundirse esta flecha del tiempo con la segunda ley de la termodinámica, que establece cuál es la evolución más probable de un sistema de muchas partículas. La irreversibilidad termodinámica no requiere una violación de T microscópica.

El universo, pues, ha optado por contener a tres y sólo tres familias de partículas elementales y así ofrecernos la opción de discernir entre un tiempo que avanza en un sentido o en su opuesto.