El gran misterio de la física: por qué existe materia en el universo

Neuquén. Si el universo comenzó produciendo materia y antimateria en cantidades similares, ¿por qué hoy existe materia suficiente para formar galaxias, estrellas, planetas y, finalmente, vida? Esa pregunta, que parece salida de un libro de filosofía, sigue siendo uno de los grandes problemas abiertos de la física de partículas.

El físico japonés Kazuo Tanaka, investigador de Waseda University, abordó ese interrogante este jueves durante una conferencia realizada en el Aula Magna de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional del Comahue (UNCo).

La exposición fue realizada en inglés y contó con traducción al español. Poco más de 50 personas estuvieron presentes en la sala, mientras que alrededor de un centenar siguió la actividad a través de YouTube.

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Tanaka comenzó por una de las ideas fundamentales de la física de partículas: muchas partículas tienen una correspondiente antipartícula. El electrón, por ejemplo, tiene al positrón, mientras que el protón tiene al antiprotón.

Cuando una partícula se encuentra con su antipartícula, ambas pueden aniquilarse y transformar su masa en energía. Si en los primeros instantes del universo hubieran existido exactamente las mismas cantidades de materia y antimateria y ambas se hubieran comportado de manera idéntica, el resultado debería haber sido muy diferente al universo que conocemos.

“Si esta regla fuera completamente correcta, no debería existir ninguna partícula en el mundo actual”, explicó Tanaka durante la conferencia.

Pero existimos. Y también existen las galaxias, las estrellas y los planetas.

Ahí aparece el gran interrogante: algo tuvo que inclinar la balanza a favor de la materia.

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La diferencia que los físicos buscan encontrar

Una parte central de la investigación científica consiste precisamente en intentar descubrir cuál fue esa diferencia.

Durante décadas, los experimentos permitieron comprobar que algunas de las simetrías que parecían perfectas en la naturaleza no lo son completamente. Una de ellas es la denominada simetría CP, que permite comparar determinados comportamientos entre partículas y antipartículas.

Los científicos ya encontraron pequeñas diferencias en algunos procesos. Sin embargo, esas asimetrías conocidas no parecen ser suficientes para explicar por sí solas toda la materia que sobrevivió a los primeros momentos del universo. “Sabemos que esta no es la única asimetría”, señaló Tanaka.

Por eso, cientos de grupos de investigación continúan estudiando distintos sistemas de partículas para encontrar diferencias mayores o fenómenos que todavía no hayan sido detectados.

Tanaka conoce de cerca esa búsqueda. El investigador relató su participación en experimentos desarrollados en el CERN, el gran centro europeo de investigación en física de partículas ubicado cerca de Ginebra.

Uno de los caminos consiste en producir antiprotones y utilizarlos para crear antihidrógeno, el equivalente de antimateria del átomo de hidrógeno.

La idea es sencilla de explicar, aunque extremadamente difícil de llevar a cabo: comparar el antihidrógeno con el hidrógeno con la mayor precisión posible.

“Si podemos producir antihidrógeno, podemos comparar sus propiedades con las del hidrógeno”, explicó.

La comparación puede involucrar características como la masa, la carga y el comportamiento espectroscópico. El hidrógeno es especialmente útil porque es el átomo más simple y, al mismo tiempo, uno de los sistemas físicos mejor estudiados.

Medir hasta encontrar una anomalía

El desafío está en la precisión necesaria para detectar una diferencia que puede ser diminuta.

Tanaka contó que algunos de los experimentos en los que participa ya realizan mediciones con nueve dígitos de precisión y buscan avanzar hasta diez.

Para explicar al público la dimensión de esa precisión, planteó una comparación cotidiana y preguntó si alguien podía imaginar medir su altura o su peso utilizando diez dígitos.

La dificultad de encontrar una pequeña desviación es precisamente uno de los puntos centrales de esta búsqueda.

Detrás de los experimentos está el Modelo Estándar, la teoría que describe con enorme precisión buena parte del comportamiento de las partículas conocidas. Pero los físicos saben que el modelo no puede explicar todas las preguntas fundamentales del universo.

Por eso, una medición que muestre una desviación pequeña, pero repetible y comprobable, podría ser mucho más importante que el descubrimiento de una partícula nueva.

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“Necesitamos ir más allá del Modelo Estándar”, planteó Tanaka.

La clave podría estar entonces en una diferencia todavía desconocida entre la materia y la antimateria. Una asimetría extremadamente pequeña pudo haber sido suficiente para evitar que todo se aniquilara en los primeros instantes del universo.

La pregunta que atravesó la conferencia en la Universidad Nacional del Comahue sigue abierta: si la materia y la antimateria nacieron juntas, ¿qué hizo que una pequeña parte de la materia sobreviviera?

Para Tanaka y otros investigadores, la respuesta podría estar escondida en una asimetría que todavía no fue descubierta.