El Rompecabezas de la Asimetría Bariónica y el Origen Cósmico de la Materia

^{Crédito: M. Weiss / Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics}

^{Por: Amal Pushp, Físico Afiliado de Resonance Science Foundation}

Al principio de nuestro universo, una breve fase después del big bang, se supone que todo existía en forma de una sopa caliente de partículas, que presumiblemente contenía proporciones iguales de materia y antimateria. A medida que el universo aumentó de tamaño, la temperatura general disminuyó y las partículas se unieron para formar las diversas estructuras que detectamos con nuestros instrumentos y tecnología astronómicos actuales. 

La antimateria, que es básicamente lo contrario de la materia, se comporta en la mayoría de los aspectos como su homóloga en la materia, la única diferencia clave está en la carga que lleva. Por ejemplo, la antipartícula del electrón, una partícula con carga negativa, se llama positrón, que como su nombre indica tiene carga positiva. La interacción entre el electrón y el positrón provoca su aniquilación, dejando sólo la radiación fotónica. El caso es similar para otros pares partícula-antipartícula, aunque los productos obtenidos en el caso de otros pares dependen de la complejidad de las partículas implicadas.

Los datos actuales de varias sondas experimentales sugieren que la materia domina ampliamente a la antimateria en el universo, ya que no tenemos ningún rastro significativo de esta última y todo lo que vemos son objetos hechos de materia bariónica. Con gran dificultad somos capaces de producir artificialmente y detectar minúsculas cantidades de antipartículas en cámaras de nubes y aceleradores de partículas como el LHC. ¿Dónde ha ido a parar toda la antimateria? Este problema es famoso por llamarse Asimetría Bariónica y a los físicos les cuesta dar con la explicación correcta, a pesar de las decenas de propuestas que se hacen de vez en cuando. Los científicos creen que este problema también nos llevaría a comprender el dominio de la materia bariónica en nuestro universo y su origen en conjunto.

^{Imagen:¿Dónde está la antimateria? Lo que deberíamos ver: una cantidad igual de materia y antimateria llenan el universo. Lo que vemos: la materia llena el universo mientras que sólo hay trazas de antimateria.}

Para entender el escenario general de forma explícita, veamos otra característica primordial de la cosmología, la teoría de la inflación cósmica. Ésta trata básicamente de la fase de expansión exponencial del espacio tras el Big Bang. Un nuevo trabajo publicado en la revista Physical Review Letters integra de forma coherente la inflación con el problema de la asimetría bariónica y, posteriormente, el origen de la materia [1]. Supuestamente, la resolución de este último implica partículas más pesadas que las creadas en aceleradores como el LHC y, por tanto, requeriría sondear energías mucho más altas que las posibles por los colisionadores artificiales.

Resulta que el universo primitivo podría aproximarse para comportarse como un gigantesco colisionador de partículas. Según los autores, esto abre un portal para entender el origen de la materia. Yanou Cui, profesor asociado de física y astronomía en la Universidad de California en Riverside (UCR) y también coautor del artículo de la PRL, afirma: "La inflación cósmica proporcionó un entorno altamente energético, permitiendo la producción de nuevas partículas pesadas, así como sus interacciones. El universo inflacionario se comportó como un colisionador cosmológico, salvo que la energía era hasta 10.000 millones de veces mayor que la de cualquier colisionador hecho por el hombre".

Los autores también han sugerido que se pruebe la leptogénesis, un mecanismo bien conocido que podría ayudar a desentrañar el misterio del origen de la materia bariónica y resolver la paradoja. Convencionalmente, se ha considerado que la leptogénesis no se puede probar, ya que implica sondear escalas de energía mucho más altas que las que son factibles mediante los aceleradores de partículas actuales, debido a la elevada masa del neutrino diestro. Sin embargo, el presente equipo de investigación ha ideado un nuevo método para abordarlo. Su técnica se basa en descifrar las propiedades de la distribución espacial de los objetos en el universo, lo que aparentemente nos recuerda la física durante la época inflacionaria.

La propiedad de que el universo primitivo se comporte como un colisionador cósmico tiene enormes posibilidades a su disposición y también puede permitir la producción de neutrinos de mano derecha. Como dice el autor principal, Cui: "En concreto, demostramos que las condiciones esenciales para la generación de asimetría, incluidas las interacciones y las masas del neutrino diestro, que es el protagonista aquí, pueden dejar huellas distintivas en las estadísticas de la distribución espacial de las galaxias o del fondo cósmico de microondas y pueden medirse con precisión... Las observaciones astrofísicas previstas en los próximos años pueden detectar potencialmente estas señales y desentrañar el origen cósmico de la materia".

RSF en Perspectiva:

A pesar de las diversas soluciones propuestas, parece que el marco actual de la física de partículas fundamental no es lo suficientemente adecuado para resolver satisfactoriamente la paradoja de la asimetría bariónica y se necesitaría un nuevo marco que implique una nueva física para investigarla. Aunque disponemos de muchos datos empíricos, necesitamos un modelo coherente para interpretar los datos correctamente y encontrar la solución necesaria. 

En vista de lo anterior, el enfoque holográfico generalizado de Haramein, una teoría de primeros principios, ha resuelto previamente una serie de cuestiones dentro de la física moderna como la catástrofe del vacío, un valor preciso del radio de carga del protón, etc. [2, 3]. Por cierto, Haramein también había argumentado en su artículo sobre la catástrofe del vacío, que la génesis de la materia es coherente con la variación de la densidad masa-energía del universo, lo que nos lleva a la cuestión de la cosmogénesis y que está fuertemente relacionada con los problemas que se discuten en este artículo también.

Por tanto, se espera que el marco desarrollado por Haramein et al. también pueda explicar enigmas como la asimetría de bariones y, posteriormente, el inicio de la materia. Las nuevas ideas del próximo artículo de Haramein podrían ayudar en esta tarea. Consulte el resumen de su artículo para obtener más detalles.

Referencias

[1] Yanou Cui et al, Probing Leptogenesis with the Cosmological Collider, Physical Review Letters (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.111301

[2] Haramein, N & Val Baker, A. K. F. (2019). Resolving the Vacuum Catastrophe: A Generalized Holographic Approach, Journal of High Energy Physics, Gravitation and Cosmology, Vol. 05 No. 02.

[3] Haramein, N. (2012). Quantum Gravity and the Holographic Mass, Physical Review & Research International, ISSN: 2231-1815, Page 270-292.