El hecho de que el universo exista es todo un misterio por culpa de la antimateria. De hecho, es uno de los misterios más desconcertantes. El propio hecho de que el cosmos exista va en contra de lo que la teoría dice sobre cómo deberían haberse desarrollado las primeras etapas de la historia del universo. Pero, ¿y si hubiese una posible solución?
El misterio de la antimateria que no aniquiló el cosmos
La teoría dice que, durante el Big Bang, deberían haberse creado cantidades iguales de partículas de materia y antimateria. La antimateria es lo opuesto a la materia normal. Es decir, está compuesta por antiprotones y antielectrones. Y, además, cuando las partículas de materia y antimateria entran en contacto, se aniquilan mutuamente. Eso significa que, en un universo con partes iguales de materia y antimateria, no debería haber galaxias, estrellas, planetas, satélites… Incluso nosotros mismos no deberíamos existir, porque todo debería haberse aniquilado.
Así que algo, en las primeras etapas del universo, debió de eliminar parte de esa antimateria y permitir que surgiese un cosmos dominado por la materia. Desde hace tiempo, la comunidad científica ha buscado pruebas sobre cómo se pudo desarrollar este proceso y permitir que todo exista. Esto nos lleva a hablar de un investigador, llamado Nikodem Poplawski, de la Universidad de New Haven. Poplawski sugiere que la razón por la que existe esa asimetría entre materia y antimateria es la existencia de pequeños agujeros negros primordiales, creados durante el Big Bang, que devoraron grandes cantidades de antimateria.
Hay que recordar que los agujeros negros primordiales son objetos hipotéticos que se formaron poco después del Big Bang. Algo que sugirió Stephen Hawking, y que podrían haberse formado gracias a fluctuaciones extremas de alta densidad en la infancia del universo. Además, habrían servido como semillas de los agujeros negros supermasivos que están en el centro de las galaxias grandes, así como de los agujeros negros de masa intermedia. Hay otros modelos para la eliminación de la antimateria, pero todos plantean cosas que van más allá del Modelo Estándar.
¿Qué pasó en el principio del universo?
La asimetría entre la materia y la antimateria es algo muy sorprendente. Poplawski recuerda que hay procesos que también violan el equilibrio entre una familia de partículas, llamada bariones, y sus equivalentes de antimateria, los antibariones. Esas asimetrías serían las que produjeron el desequilibrio entre materia y antimateria y lo habría hecho sin necesidad de romper ninguna ley física ni recurrir a nueva física. En su trabajo, propone que las partículas de antimateria son más masivas que las de materia. Esto afectaría a lo que sucedió en aquel entonces.
La producción de pares en las primeras etapas del universo era más lenta, en el caso de la antimateria, que la de las partículas de materia. Para un agujero negro, es más fácil capturar partículas más masivas al disminuir su velocidad. Las partículas de antimateria, por tanto, eran capturadas por esos agujeros negros con una mayor facilidad. Así que la antimateria que faltaba, simplemente, cayó en agujeros negros primordiales. La que no cayó, por su parte, fue aniquilada por la materia normal. Curiosamente, esto podría explicar otro detalle.
Algo que se ha vuelto más evidente desde que el telescopio James Webb comenzase a detectar agujeros negros supermasivos unos 500 millones de años después del Big Bang. Hasta su llegada, se pensaba que el proceso de fusión y acreción que permite a los agujeros negros supermasivos crecer hasta alcanzar masas de millones, o incluso miles de millones, de veces la del Sol, necesitaba al menos 1000 millones de años para completarse. Pero el descubrimiento de agujeros negros supermasivos antes de que el universo tuviera 1000 millones de años resta validez a esa idea.
El misterio de la antimateria puede resolver otras cuestiones
Poplawski sugiere que, al absorber antimateria, los agujeros negros primordiales podrían haber conseguido ventaja en su propio crecimiento. Los agujeros negros primordiales consumieron más antimateria que materia y, como la antimateria era mucho más pesada que la materia, los agujeros negros primordiales tuvieron que ganar masa muy rápidamente. Esto explicaría por qué había agujeros negros supermasivos solo unos cientos de millones de años después del Big Bang. Por supuesto, queda mucho trabajo por hacer antes de que esta hipótesis sea aceptada.
Crédito: Pablo Carlos Budassi
Una forma de conseguirlo sería obtener observaciones que demuestren la existencia de agujeros negros primordiales. Algo que, desde que los propusiera Hawking en los años setenta, no se ha logrado demostrar. Es posible que todavía existan en el presente y que puedan ser, incluso, muy abundantes, pero los diferentes intentos por conseguir captar sus señales han resultado ser infructuosos. Es posible que solo se trate de una hipótesis que resulte muy atractiva pero, simplemente, no tenga base en el universo real (a pesar de todo lo que podría resolver su existencia).
Poplawski sugiere que, en el futuro, podría haber experimentos que puedan comprobar si es posible que las partículas de materia y antimateria tengan masas ligeramente diferentes a densidades más altas o a distancias más pequeñas que lo que se ha estudiado hasta ahora. Algunos experimentos recientes han mostrado que los mesones y antimesones decaen de forma diferente. Es una diferencia que podría estar relacionada, explica el autor, con la asimetría entre la masa de la materia y la antimateria. En cualquier caso, puede ser una pista para resolver una de las grandes preguntas de la ciencia…
Estudio
El estudio es N. Poplawski; «Spinors with torsion and matter-antimatter asymmetry». Puede consultarse en arXiv, en este enlace.
Referencias: Space
