Excepto por su carga eléctrica, materia y antimateria son idénticas en todos los aspectos. Sin embargo, cuando una partícula de materia se encuentra con su correspondiente antipartícula (por ejemplo, un electrón con un positrón) ambas se destruyen en un fogonazo de energía.
Según las teorías vigentes, en el principio del Universo debió generarse una cantidad idéntica de materia que de antimateria. Pero existe incontables evidencias de que, por lo menos la parte de Universo que podemos ver (Universo observable) está compuesta solo de materia. Si también hubiera antimateria, se aniquilaría al intertactuar con la materia cercana para producir radiación gamma de muy alta intensidad, fenómeno que no ha sido observado.
¿Dónde está, pues, toda la antimateria que falta? Descubrir cómo terminamos en un Universo lleno de materia y sin rastro de antimateria constituye uno de los mayores misterios a los que se enfrenta la Física.
Búsqueda de partículas extra
Debido a que el Modelo Estándar de la Física (la teoría que explica todas las partículas que componen la materia y las leyes que las gobiernan) no aporta solución al problema, los físicos han empezado a considerar teorías que añaden una serie de «partículas adicionales» que puedan ayudar a resolver la cuestión.
Uno de esos modelos se llama Two Higgs Doublet Model y, a pesar del nombre, en realidad agrega cuatro, y no dos, partículas adicionales. Lo mejor de este modelo es que se puede hacer consistente con todas las observaciones hechas hasta ahora en laboratorio, incluidas las del Gran Colisionador de Hadrones en el CERN, aunque hasta el momento no estaba claro si también podía resolver el problema del desequilibrio materia-antimateria.
Ahora, un grupo internacional de investigadores, dirigido por un equipo de la Universidad de Helsinki, ha abordado la cuestión desde un ángulo diferente. Y el resultado es que el modelo sí puede explicar esa incómoda ausencia de antimateria en el Universo que conocemos. Sus hallazgos acaban de ser publicados en un artículo en Physical Review Letters.
Aproximadamente diez picosegundos después del Big Bang (un picosegundo es la billonésima parte de un segundo), justo en el momento en que se «encendió» el bosón de Higgs, el Universo entero no era más que un plasma denso y muy caliente de partículas. Para estudiar ese plasma, los investigadores recurrieron a un «truco»: reducir el número de dimensiones para estudiar más fácilmente el conjunto.
«La técnica de reducción dimensional -explica David Weir, autor principal del artículo- nos permite reemplazar la teoría que describe este plasma caliente con una teoría cuántica más simple, con un conjunto de reglas que todas las partículas deben seguir. Y resulta que en las partículas más pesadas y lentas no importan mucho cuando se imponen estas nuevas reglas, por lo que terminamos teniendo una teoría mucho menos complicada».
¿Hubo tiempo para generar la asimetría?
Esa teoría más simple pudo después estudiarse más fácilmente con simulaciones informáticas, que proporcionaron al equipo de físicos una imagen mucho más clara de lo que sucedió en aquellos primeros instantes de existencia del Universo. En particular, las simulaciones mostraron hasta qué punto y cómo de violentamente el Universo estaba fuera de equilibrio cuando se prendió el bosón de Higgs. Y eso es importante para determinar, utilizando el modelo Two Higgs Doublet, si existió o no un margen suficiente para producir la asimetría entre materia y antimateria que dio lugar al Universo que observamos en la actualidad.
«Nuestros resultados -explica Weir- mostraron que, de hecho, es posible explicar la ausencia de antimateria, lo que concuerda con las observaciones existentes». Es importante destacar que al hacer uso de la reducción dimensional, el nuevo enfoque es completamente independiente de cualquier trabajo previo con el mismo modelo.
Según concluyeron los investigadores, si el bosón de Higgs realmente se «hubiera encendido» de una forma tan violenta habría dejado tras de sí una serie de ecos. Han sugerido que las burbujas de la nueva fase del Universo se nuclearon, al igual que sucede con las nubes, y se expandieron hasta que el Universo entero fue algo similar a un cielo nublado. A lo largo de este proceso, las colisiones entre diferentes burbujas hubieran producido un gran número de ondas gravitacionales. Ahora, los investigadores de la Universidad de Helsinki se están preparando para buscar esas ondas gravitacionales utilizando detectores como el proyecto europeo LISA.
Si finalmente las encuentran, habrán hallado también la prueba fehaciente de que su teoría es correcta. Y habrán logrado, por fin, esclarecer el misterio de la ausencia de antimateria.
