Uno de los misterios persistentes del universo es por qué existe algo.
Eso es porque, en el universo actual, la materia y su contraparte de antimateria deberían formarse en cantidades iguales, y luego estos dos tipos de materia con carga opuesta se aniquilarían entre sí al contacto. De modo que toda la materia del universo debería haber desaparecido tan pronto como se formó, anulándose al entrar en contacto con su contraparte de antimateria.
Pero eso no sucedió. Ahora, una nueva investigación plantea la hipótesis de que al principio del universo, hubo un “golpe” misteriosa que produjo más materia que antimateria, lo que llevó al desequilibrio actual. Y ese desequilibrio también puede haber llevado a la creación de materia oscura, la misteriosa sustancia que tira de todo lo demás pero que no interactúa con la luz.
¿Coincidencia o conspiración?
No sabemos qué es la materia oscura, pero definitivamente está ahí fuera. Constituye aproximadamente el 80% de toda la materia del universo, superando con creces las estrellas, las galaxias, el polvo y el gas que podemos ver.
Y aunque la materia oscura es ciertamente un peso pesado en nuestro universo, curiosamente, no es un factor tan dominante. Por lo general, en física, cuando un proceso domina una interacción, realmente toma el control. A menos que entren en juego otras físicas, rara vez dos fuerzas en competencia salen en equilibrio. Por ejemplo, cuando las fuerzas de la gravedad y el electromagnetismo compiten dentro de una estrella gigante, eventualmente la gravedad siempre gana y la estrella colapsa. Entonces, el hecho de que la materia oscura sea el 80% de la masa del universo, y no el 99,99999%, y la materia regular sea el 20% en lugar de cero, parece extraño a los físicos. Una división 80/20 no parece incluso cuando se trata de, digamos, compartir las ganancias de la lotería, pero para un astrónomo, las dos cantidades son prácticamente lo mismo.
Para agravar el problema es que, hasta donde sabemos, la generación de materia regular y materia oscura no tuvo absolutamente nada que ver entre sí. No tenemos ni idea de cómo se originó la materia oscura en el universo temprano, pero sea lo que sea, actualmente está fuera de los límites de la física conocida.
¿Y materia regular? Eso es otro hervidor de partículas. En el universo extremadamente temprano (cuando tenía un segundo de edad), los físicos sospechan que la materia regular estaba en perfecto equilibrio con la antimateria (que es lo mismo que la materia normal pero con una carga eléctrica opuesta). Sospechamos que esto incluso se dividió porque vemos que este tipo de simetría se desarrolla hoy en nuestros colisionadores de partículas, que pueden replicar las condiciones extremas del universo temprano: si tiene una reacción de alta energía que genera materia regular, tiene la misma probabilidad de generando antimateria en su lugar.
Pero en algún momento (no estamos exactamente seguros de cuándo, pero lo más probable es que sucedió cuando el universo tenía menos de un minuto), el equilibrio entre la materia y la antimateria cambió, y la materia regular inundó el universo, relegando la antimateria a la oscuridad.
Entonces, por un lado, tenemos un evento masivo de ruptura de simetría que llevó a que la materia regular ganara a la antimateria. Por otro lado, tenemos un evento completamente misterioso que llevó a que la materia oscura se convirtiera en la forma dominante, pero no superdominante, de la materia en el universo. Quizás estos dos procesos están conectados, y el nacimiento de la materia oscura se relacionó con la victoria. de materia sobre antimateria, propone el nuevo estudio.
Minería para goldstone
En el estudio, publicado en línea el 29 de diciembre de 2020, en la base de datos de preimpresión arXiv y aún no revisado por pares, los investigadores hacen esta afirmación al confiar en algo llamado simetría del número bariónico. Los bariones son todas las partículas hechas de quarks (como protones y neutrones). La simetría simplemente establece que el número de bariones que entran en una interacción debe ser igual al número que sale de ella (se les permite cambiar de identidad, pero el número total debe ser el mismo). La misma simetría se aplica a las reacciones que involucran antiquarks.
Esta simetría reina en todos nuestros experimentos en el universo actual, pero debe haber sido violada en el cosmos temprano; así es como terminamos con más materia que antimateria.
Y en física, cada vez que se rompe una simetría de la naturaleza, aparece un nuevo tipo de partícula, conocida como “bosón Goldstone”, para forzar la ruptura de la simetría (en el universo moderno, por ejemplo, el pión es una especie de bosón Goldstone que aparece cuando se rompe una simetría de la fuerza nuclear fuerte).
Tal vez la materia oscura sea una especie de bosón de Goldstone, asociado con la ruptura de la simetría del número bariónico en el cosmos temprano, propone el estudio.
Pateando la lata
Los investigadores detrás de la idea lo llaman “la patada”. La simetría del número bariónico nunca se rompe en nuestros experimentos, pero algo emocionante debe haber sucedido en el universo temprano. Fue un evento violento pero breve, que apagó casi toda la antimateria. Y cualquiera que sea la combinación exótica de condiciones que sucedió, la simetría del número bariónico se rompió, lo que permitió que apareciera un nuevo bosón de Goldstone.
Entonces, según el pensamiento, durante ese evento singular, el universo se inundó con partículas de materia oscura. Pero luego, las condiciones que llevaron a la ruptura de la simetría terminaron y el universo volvió a la normalidad. Para entonces, sin embargo, ya era demasiado tarde; la materia oscura, y todo el resto de la materia, permaneció.
Entonces, después de ese primer minuto épico de la historia del universo, una vez que la simetría regresó al universo, la materia oscura fue relegada a las sombras, para nunca volver a interactuar con la materia normal.
Y la razón por la que hay (aproximadamente) la misma cantidad de materia oscura y materia regular es que estaban relacionados, afirma el estudio. El nuevo modelo no predice la división exacta de 80/20 entre materia oscura y normal. Pero sí sugiere que la razón por la que la materia oscura y la materia normal están en un equilibrio aproximadamente igual es porque tuvieron sus orígenes en el mismo evento.
Es una idea muy clara e intrigante, pero todavía no explica exactamente cómo se produjo la ruptura de la simetría. Pero eso es para otro artículo.
Fuente: Live Science.
