El Universo está lleno de materia, como demuestra la existencia de billones de galaxias, estrellas y planetas por todas partes. Pero si las teorías son correctas, no debería ser así. Durante el Big Bang debió de generarse la misma cantidad de materia que de antimateria y, como los científicos saben muy bien, cuando una partícula de materia se une a su correspondiente antipartícula, ambas se destruyen en una pequeña explosión de energía. El hecho de que estemos aquí, sin embargo, y que podamos ver materia miremos donde miremos, significa que de algún modo ese equilibrio inicial entre materia y antimateria debió romperse, haciendo posible un «exceso» de materia que es, precisamente, el Universo que nos rodea.
Cómo pudo producirse ese desequilibrio inicial en favor de la materia es algo que los científicos llevan décadas intentando explicar. De alguna manera, el Universo debió de convertir una pequeña cantidad de antimateria en materia, creando el desequilibrio que hizo posible nuestra existencia. Probablemente fue solo una milmillonésima parte del total, pero de esa pequeña diferencia surgió todo lo que conocemos. Sin embargo, cuándo y cómo se produjo ese desequilibrio sigue siendo un completo misterio.
Ahora, un equipo internacional de investigadores cree haber hallado la solución al enigma. Las recientemente descubiertas ondas gravitacionales, ondulaciones en el tejido espacio temporal del Universo podrían contener, en efecto, la evidencia necesaria para demostrar por qué la materia pudo sobrevivir al Big Bang en lugar de aniquilarse por completo al entrar en contacto con una cantidad igual de antimateria.
Los neutrinos, los salvadores del universo
Según un estudio recién publicado en « Physical Review Letters», la materia, y más tarde la vida, logró sobrevivir debido a una transición de fase que permitió a los neutrinos, que se encuentran entre las partículas más ligeras y numerosas que existen, «reorganizar» tanto a la materia como a la antimateria. En otras palabras, fueron los neutrinos los que salvaron al Universo de una completa y total aniquilación.
Las partículas de materia son exactamente iguales a sus homólogas de antimateria, excepto por el hecho de que tienen cargas eléctricas opuestas, lo cual hace que las unas no puedan convertirse sin más en las otras. A menos, claro, de que tengan carga neutra. Y resulta que los neutrinos son las únicas partículas conocidas que cumplen esa condición. Por eso, muchos investigadores creen que en ellos, precisamente, reside la clave que nos llevará a una respuesta. Poco después del Big Bang, el Universo debió pasar por una transición de fase que permitió a los neutrinos reorganizar tanto la materia como la antimateria.
«Esto nos lleva a la pregunta fundamental de por qué estamos aquí -asegura Jeff Dror, de la Universidad de California en Berkeley y coautor del estudio-. Y eso es difícil de responder".
Según un estudio recién publicado en « Physical Review Letters», la materia, y más tarde la vida, logró sobrevivir debido a una transición de fase que permitió a los neutrinos, que se encuentran entre las partículas más ligeras y numerosas que existen, «reorganizar» tanto a la materia como a la antimateria. En otras palabras, fueron los neutrinos los que salvaron al Universo de una completa y total aniquilación.
Las partículas de materia son exactamente iguales a sus homólogas de antimateria, excepto por el hecho de que tienen cargas eléctricas opuestas, lo cual hace que las unas no puedan convertirse sin más en las otras. A menos, claro, de que tengan carga neutra. Y resulta que los neutrinos son las únicas partículas conocidas que cumplen esa condición. Por eso, muchos investigadores creen que en ellos, precisamente, reside la clave que nos llevará a una respuesta. Poco después del Big Bang, el Universo debió pasar por una transición de fase que permitió a los neutrinos reorganizar tanto la materia como la antimateria.
«Esto nos lleva a la pregunta fundamental de por qué estamos aquí -asegura Jeff Dror, de la Universidad de California en Berkeley y coautor del estudio-. Y eso es difícil de responder".
Las cuerdas cósmicas
«Una transición de fase - explica por su parte otro de los autores, Hitoshi Murayama, profesor de física en la Universidad de California e investigador principal del Instituto Kavli de Física y Matemáticas del Universo en la Universidad de Tokio- es como hervir agua hasta que se convierta en vaporo enfriarla hasta que se convierta en hielo. El comportamiento de la materia cambia a temperaturas específicas llamadas temperaturas críticas. Cuando un metal se enfría a muy bajas temperaturas, pierde por completo su resistencia eléctrica debido a una transición de fase, convirtiéndose en un superconductor. Es la base de la resonancia magnética (MRI) para el diagnóstico del cáncer o la tecnología que permite flotar a un tren para que pueda correr a 500 km por hora sin causar mareos. Al igual que un superconductor, la transición de fase a principios del Universo pudo haber creado un delgado tubo de campos magnéticos llamados cuerdas cósmicas».
Tanto Dror como Murayama forman parte de un equipo de investigadores de Japón, Estados Unidos y Canadá que creen que las cuerdas cósmicas tienden a volverse más simples, convirtiéndose en pequeñas oscilaciones en el espacio tiempo, esto es, en ondas gravitacionales. Y que ese tipo concreto de ondas podrían ser detectadas por la próxima generación de observatorios espaciales como los europeos LISA o BBO o el japonés DECIGO.
«Una transición de fase - explica por su parte otro de los autores, Hitoshi Murayama, profesor de física en la Universidad de California e investigador principal del Instituto Kavli de Física y Matemáticas del Universo en la Universidad de Tokio- es como hervir agua hasta que se convierta en vaporo enfriarla hasta que se convierta en hielo. El comportamiento de la materia cambia a temperaturas específicas llamadas temperaturas críticas. Cuando un metal se enfría a muy bajas temperaturas, pierde por completo su resistencia eléctrica debido a una transición de fase, convirtiéndose en un superconductor. Es la base de la resonancia magnética (MRI) para el diagnóstico del cáncer o la tecnología que permite flotar a un tren para que pueda correr a 500 km por hora sin causar mareos. Al igual que un superconductor, la transición de fase a principios del Universo pudo haber creado un delgado tubo de campos magnéticos llamados cuerdas cósmicas».
Tanto Dror como Murayama forman parte de un equipo de investigadores de Japón, Estados Unidos y Canadá que creen que las cuerdas cósmicas tienden a volverse más simples, convirtiéndose en pequeñas oscilaciones en el espacio tiempo, esto es, en ondas gravitacionales. Y que ese tipo concreto de ondas podrían ser detectadas por la próxima generación de observatorios espaciales como los europeos LISA o BBO o el japonés DECIGO.
Mirar hacia atrás en el tiempo
Para Graham White, otro de los autores de la investigación, «el reciente descubrimiento de las ondas gravitacionales abre una nueva oportunidad para mirar hacia atrás en el tiempo, ya que el universo es transparente a la gravedad desde el principio. En aquel tiempo, con un universo que podría haber estado entre un billón y un trillón de veces más caliente que el lugar más caliente de la actualidad, es muy probable que los neutrinos se hayan comportado justo de la forma necesaria para garantizar nuestra supervivencia. Y hemos demostrado que probablemente también dejaron un fondo de ondas gravitacionales detectables para hacérnoslo saber».
Hace un tiempo, las cuerdas cósmicas llegaron a ser populares entre la comunidad científica porque eran la forma de crear pequeñas variaciones en las densidades de masa que, eventualmente, llevaban al nacimiento de estrellas y galaxias. Pero los datos más recientes hicieron que esa idea se desechara por completo. «Ahora -asegura Takashi Hiramatsu, otro de los autores de la investigación-, con nuestro trabajo, las cuerdas cósmicas vuelven por una razón diferente. ¡Es emocionante!».
Según los investigadores, las ondas gravitacionales de las cuerdas cósmicas serían muy diferentes de las que proceden de fuentes astrofísicas, como la fusión de dos agujeros negros. Si tienen razón y se detectan en un futuro próximo, sería una auténtica revolución para nuestro conocimiento del Universo.
En palabras de Murayama, «sería realmente emocionante descubrir por qué existimos, porque esa es la pregunta final de la Ciencia».
Para Graham White, otro de los autores de la investigación, «el reciente descubrimiento de las ondas gravitacionales abre una nueva oportunidad para mirar hacia atrás en el tiempo, ya que el universo es transparente a la gravedad desde el principio. En aquel tiempo, con un universo que podría haber estado entre un billón y un trillón de veces más caliente que el lugar más caliente de la actualidad, es muy probable que los neutrinos se hayan comportado justo de la forma necesaria para garantizar nuestra supervivencia. Y hemos demostrado que probablemente también dejaron un fondo de ondas gravitacionales detectables para hacérnoslo saber».
Hace un tiempo, las cuerdas cósmicas llegaron a ser populares entre la comunidad científica porque eran la forma de crear pequeñas variaciones en las densidades de masa que, eventualmente, llevaban al nacimiento de estrellas y galaxias. Pero los datos más recientes hicieron que esa idea se desechara por completo. «Ahora -asegura Takashi Hiramatsu, otro de los autores de la investigación-, con nuestro trabajo, las cuerdas cósmicas vuelven por una razón diferente. ¡Es emocionante!».
Según los investigadores, las ondas gravitacionales de las cuerdas cósmicas serían muy diferentes de las que proceden de fuentes astrofísicas, como la fusión de dos agujeros negros. Si tienen razón y se detectan en un futuro próximo, sería una auténtica revolución para nuestro conocimiento del Universo.
En palabras de Murayama, «sería realmente emocionante descubrir por qué existimos, porque esa es la pregunta final de la Ciencia».
Fuente ABC CIENCIA