Grupo de científicos cree haber solucionado uno de los problemas más antiguos del universo

Es uno de los problemas más antiguos del universo: dado que la materia y la antimateria se aniquilan entre sí al entrar en contacto, y que ambas formas de materia existían en el momento del Big Bang, ¿por qué hay un universo hecho, en su mayoría, de materia y no de nada? ¿A dónde fue toda la antimateria?

“El hecho de que nuestro universo actual esté dominado por la materia sigue siendo uno de los misterios más desconcertantes y antiguos de la física moderna”, señaló el profesor de física y astronomía de la Universidad de California en Riverside, Yanou Cui, en un comunicado compartido esta semana. “Se requiere un sutil desequilibrio o asimetría entre la materia y la antimateria en el universo primitivo para lograr el dominio actual de la materia, pero no puede realizarse dentro del marco conocido de la física fundamental”.

Hay teorías que podrían responder a esa pregunta, pero son muy difíciles de probar mediante experimentos de laboratorio. Ahora, en un nuevo artículo publicado el jueves en la revista Physical Review Letters, la doctora Cui y su coautor, Zhong-Zhi Xianyu, profesor adjunto de física en la Universidad de Tsinghua (China), explican que pueden haber encontrado una solución utilizando el resplandor del propio Big Bang para realizar el experimento.

La teoría que los doctores Cui y Zhong-Zh querían explorar se conoce como leptogénesis, un proceso de desintegración de partículas que podría haber dado lugar a la asimetría entre materia y antimateria en el universo primitivo. En otras palabras, una asimetría en ciertos tipos de partículas elementales en los primeros momentos del cosmos podría haber crecido con el tiempo y a través de más interacciones de partículas en la asimetría entre la materia y la antimateria que hizo posible el universo tal y como lo conocemos, así como la vida.

“La leptogénesis es uno de los mecanismos más convincentes para generar la asimetría entre materia y antimateria”, afirmó Cui en un comunicado. “Implica una nueva partícula fundamental, el neutrino diestro”.

Pero, añadió la Dra. Cui, para generar un neutrino diestro se necesitaría mucha más energía de la que se puede generar en los colisionadores de partículas de la Tierra.

“Probar la leptogénesis es casi imposible porque la masa del neutrino diestro suele estar muchos órdenes de magnitud más allá del alcance del colisionador de mayor energía jamás construido, el Gran Colisionador de Hadrones”, explicó.

La idea de la Dra. Cui y sus coautores es que quizá los científicos no necesiten construir un colisionador de partículas más potente, porque las mismas condiciones que querrían crear en un experimento de este tipo ya existían en algunas partes del universo primitivo. El periodo inflacionario, una época de expansión exponencial del tiempo y el espacio mismo que duró apenas fracciones de segundo después del Big Bang.

“La inflación cósmica proporcionó un entorno altamente energético, lo que permitió la producción de nuevas partículas pesadas, así como sus interacciones”, subrayó la Dra. Cui. “El universo inflacionario se comportó como un colisionador cosmológico, con la diferencia de que la energía era hasta 10.000 millones de veces mayor que la de cualquier colisionador fabricado por el hombre”.

Además, los resultados de esos experimentos de colisionadores cosmológicos naturales pueden conservarse hoy en día en la distribución de las galaxias, así como en el fondo cósmico de microondas, el resplandor del Big Bang del que los astrofísicos han derivado gran parte de su comprensión actual de la evolución del cosmos.

“En concreto, demostramos que las condiciones esenciales para la generación de la asimetría, incluidas las interacciones y las masas del neutrino diestro, que es la pieza clave en este caso, pueden dejar huellas distintivas en las estadísticas de la distribución espacial de las galaxias o del fondo cósmico de microondas y pueden medirse con precisión”, dijo la Dra. Cui, aunque la realización de esas mediciones, añadió, aún está pendiente. “Las observaciones astrofísicas previstas en los próximos años pueden detectar de forma potencial esas señales y desentrañar el origen cósmico de la materia”.