Cada partícula de materia tiene su contrapartida en otra partícula de antimateria - Archivo

Hallan una pieza clave para explicar por qué existe el Universo

Un equipo de investigadores del CERN consigue demostrar que materia y antimateria no se comportan de la misma forma

MadridActualizado:

Por primera vez en la historia, un equipo de investigadores del CERN, el gran centro europeo para la Física de Partículas, cree estar en condiciones de entender por qué existe el Universo. O mejor dicho, por qué existe la materia que da forma al Universo tal y como lo conocemos.

El secreto, según explican los investigadores en una prepublicación de su trabajo en la propia web del CERN, quedó al descubierto cuando los físicos consiguieron observar ligeras diferencias en la forma en que ciertas partículas de materia y de antimateria se descomponen. En concreto, las que contienen el quark "encanto", uno de los componentes básicos de la materia.

"Se trata de un hito histórico", aseguraba el pasado viernes a la revista LiveScience Sheldon Stone, uno de los autores de la investigación.

Como sabemos muy bien, cada partícula de materia tiene su contrapartida en otra partícula de antimateria: una "antipartícula" que es exactamente idéntica a ella, pero con opuesta carga eléctrica. De esta forma, cuando materia y antimateria entran en contacto, se aniquilan mutuamente en una pequeña explosión de energía. Y ahí, precisamente, es donde radica el problema.

Durante el Big Bang, en efecto, debieron crearse cantidades idénticas de materia y antimateria, y según las teorías actuales todas ellas deberían haberse destruido rápidamente, dejando solo un espacio vacío y lleno de energía.

Sin embargo, nuestra mera presencia aquí (y la de todos los planetas, estrellas y galaxias que podemos ver) indica claramente que eso no sucedió. Todos estamos hechos de materia, y vivimos en un Universo que también está hecho de materia. ¿Por qué entonces toda esa materia que vemos a nuestro alrededor no quedó destruida tras el Big Bang? Y si es cierto que se creó la misma cantidad de materia que de antimateria, ¿dónde está toda la antimateria que falta?

Destruidas de inmediato

Según la doctrina imperante, la inmensa mayor parte de toda la materia y la antimateria surgidas del Big Bang quedaron destruidas casi de inmediato. Pero de alguna forma, uno de cada mil millones de quarks (las partículas que forman los protones y neutrones) logró sobrevivir. Y gracias a eso existe el Universo.

Hace ya varias décadas surgió la idea de que una posible explicación a este misterio sería que, después de todo, las partículas de materia y las de antimateria no se comportaran exactamente de la misma forma. Tenía que existir alguna diferencia, en alguna parte, que permitiera sobrevivir a una pequeña fracción de materia y dar lugar al Universo que conocemos. ¿Pero cuál podría ser esa diferencia?

Desde mediados de la pasada década de los 60, numerosos investigadores se han dedicado de lleno a este problema. Los físicos se refieren a esa diferencia de comportamiento entre materia y antimateria como a una "violación de la simetría CP" , donde "C" representa la carga y "P" la paridad.

Según explica Sheldon Stone a Live Science, el meollo de la cuestión tenía que encontrarse en la forma en que materia y antimateria se descomponen. O lo que es igual, las partículas de materia y de antimateria debían decaer a tasas ligeramente diferentes, violando la simetría CP y permitiendo así que se creara el desequilibrio que hizo posible la existencia del Universo.

En palabras de Stone, "ese es uno de los criterios necesarios para que existamos, por lo que resulta extremadamente importante comprender cuál es el origen de la violación CP".

Como se ha dicho, los quarks son los componentes más íntimos de la materia. Y existen seis tipos diferentes de quarks, que los físicos han bautizado (puede que algo caprichosamente) como "arriba", "abajo", "cima", "fondo", "encanto" y "extraño". Ya en 1964, se observó por primera vez en laboratorio la violación CP por parte de un quark "extraño". Y en 2001 se comprobó que eso también sucedía con las partículas que contenían el quark "fondo". Ambos trabajos fueron premiados con sendos premios Nobel.

Durante años, las teorías decían que la violación CP también tenía que producirse en partículas que contenían el quark "encanto", pero nadie había conseguido comprobarlo. Y eso es, precisamente, lo que acaba de conseguir el equipo del que Stone forma parte. Junto a otros físicos, en efecto, Stone trabaja en el experimento "Belleza" que se lleva a cabo en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN. El LHC es el anillo colisionador más grande que existe en el planeta. Instalado en la frontera entre Francia y Suiza, a lo largo sus 27 km de circunferencia los físicos lanzan haces de partículas subatómicas casi a la velocidad de la luz y en ambas direcciones, para hacerlas chocar después y observar cómo se descomponen en otras partículas. Algo similar a lo que sucedió instantes después del Big Bang.

Ritmos distintos

Las últimas observaciones llevadas a cabo por el equipo de físicos se hicieron con varias combinaciones de quarks en forma de mesones, en concreto con el mesón D-cero y su antipartícula, el mesón anti D-cero. El mesón D-cero está formado por un quark "encanto" y un quark "anti arriba" (que es la antipartícula del quark "arriba). Y el mesón anti D-cero es una combinación de un quark "anti encanto" y un quark "arriba".

Los dos mesones estudiados pueden descomponerse de muchas formas, pero un pequeño porcentaje de ellos termina convirtiéndose en otro tipo de mesones llamados "kaones" o "piones". Lo que hicieron los investigadores fue medir las diferencias que había en las tasas de descomposición entre los mesones D-cero y anti D-cero, es decir, entre la partícula de materia y la de antimateria. Y el resultado fue que las proporciones de decaimiento de ambas partículas diferían ligeramente.

Lo cual, para Stone, significa que "el D-cero y el anti D-cero no se descomponen al mismo ritmo, y eso es lo que llamamos una violación CP". Según el investigador, probablemente esas pequeñas diferencias no sean suficientes para explicar en su totalidad lo que sucedió después del Big Bang, "pero sí que son lo suficientemente grandes como para sorprendernos. Ahora, con estos datos, es el turno de los físicos teóricos".

Los teóricos, en efecto, deberán comprobar ahora si las predicciones del Modelo Estandar, la gran teoría que reúne a todas las partículas que existen y las leyes que las gobiernan, son capaces de explicar las mediciones que Stone y su equipo acaban de hacer, o si para ello será necesaria una "nueva Física" lo que, para Stone, "sería el resultado más emocionante".