NUESTRO UNIVERSO DEBE SER UNA NIEBLA SIN FORMA DE ENERGÍA. ¿POR QUÉ NO?



Según las leyes conocidas de la física, el universo que vemos hoy debe ser oscuro, vacío y tranquilo. No debería haber estrellas, ni planetas, ni galaxias, ni vida, sólo energía y partículas simples que se difunden cada vez más en un universo en expansión.

Y sin embargo, aquí estamos.

Los cosmólogos calculan que hace aproximadamente 13,8 mil millones de años, nuestro universo era un pedazo de energía gruesa y caliente sin fronteras y sus propias reglas. Pero entonces, en menos de un microsegundo, maduró, y las leyes y propiedades fundamentales de la materia surgieron del pandemonio. ¿Cómo surgió nuestro elegante e intrincado universo?





Las tres condiciones

La pregunta "¿Cómo está aquí?" Alude a un enigma que surgió durante el desarrollo de la mecánica cuántica.




En 1928 Paul Dirac combinó la teoría cuántica y la relatividad especial para predecir la energía de un electrón que se mueve cerca de la velocidad de la luz. Pero sus ecuaciones produjeron dos respuestas igualmente favorables: una positiva y otra negativa. Debido a que la energía misma no puede ser negativa, Dirac pensó que quizás las dos respuestas representaban las dos posibles cargas eléctricas de la partícula. La idea de pares de materia-antimateria con carga opuesta nació.

Mientras tanto, a unos seis minutos de la oficina de Dirac en Cambridge, el físico Patrick Blackett estaba estudiando los patrones grabados en las cámaras de nubes por los rayos cósmicos. En 1933 detectó 14 pistas que mostraban una sola partícula de luz colisionando con una molécula de aire y estallando en dos nuevas partículas. Las huellas espirales de estas nuevas partículas eran imágenes especulares entre sí, indicando que estaban cargadas de forma opuesta. Esta fue una de las primeras observaciones de lo que Dirac había predicho cinco años antes: el nacimiento de un par de electrones-positrones.

Hoy en día es bien sabido que la materia y la antimateria son los gemelos maravillosos. Ellos nacen espontáneamente de energía cruda como un equipo de dos y se desvanecen en un poof silencioso de energía cuando se funden y aniquilan. Este acto de aparición-desaparición generó uno de los misterios más fundamentales del universo: ¿Qué está grabado en las leyes de la naturaleza que nos salvó del caldo de aparición y aniquilación de partículas de materia y antimateria?
"Sabemos que esta asimetría cósmica debe existir porque aquí estamos", dice Jessie Shelton, teórica de la Universidad de Illinois. "Es un desequilibrio desconcertante porque la teoría requiere tres condiciones -que tienen que ser verdaderas a la vez- para crear esta preferencia cósmica por la materia".

En la década de 1960 el físico Andrei Sakharov propuso este conjunto de tres condiciones que podrían explicar la aparición de nuestro universo dominado por la materia. Los científicos siguen buscando pruebas de estas condiciones hoy.
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1. Rompiendo la correa


El primer problema es que la materia y la antimateria siempre parecen nacer juntas. Al igual que observó Blackett en las cámaras de nubes, la energía descargada se transforma en pares de materia-antimateria equilibrados. La carga se conserva siempre a través de cualquier transición. Para que haya un desequilibrio en las cantidades de materia y antimateria, es necesario que haya un proceso que crea más de uno que el otro.

"El primer criterio de Sakharov dice esencialmente que debe haber algún nuevo proceso que convierta la antimateria en materia o viceversa", dice Andrew Long, investigador postdoctoral en cosmología de la Universidad de Chicago. "Esta es una de las cosas que los experimentadores están buscando en el laboratorio".

En la década de 1980, los científicos buscaron pruebas de la primera condición de Sakharov en busca de signos de un protón en descomposición en un positrón y dos fotones. Todavía no han encontrado pruebas de esta alquimia moderna, pero siguen buscando.

"Creemos que el universo primitivo podría haber contenido una pesada partícula neutra que a veces se descompone en materia y, a veces, se descompone en antimateria, pero no necesariamente en ambas al mismo tiempo", dice Long.

2. Escoger un favorito


La materia y la antimateria no pueden co-habitar; Siempre aniquilan cuando entran en contacto. Pero la creación de un poco más de materia que de antimateria después del Big Bang, de una parte en 10 mil millones, dejaría atrás los ingredientes necesarios para construir todo el universo visible.

¿Cómo pudo ocurrir esto? El segundo criterio de Sakharov dicta que el proceso de sólo materia descrito en su primer criterio debe ser más eficiente que el proceso de antimateria opuesto. Y específicamente, "necesitamos ver un favoritismo para que los tipos correctos de materia estén de acuerdo con las observaciones astronómicas", dice Shelton.

Las observaciones de la luz del universo primitivo y las mediciones de los primeros elementos ligeros producidos después del Big Bang muestran que la discrepancia debe existir en una clase de partículas llamadas baryones: protones, antiprotones y otras partículas construidas a partir de quarks.

"Estas son instantáneas del universo primitivo", dice Shelton. "A partir de estas instantáneas, podemos derivar la densidad y la temperatura del universo temprano y calcular la ligera diferencia entre el número de bariones y antibacterianos".

Pero esta pequeña diferencia presenta un problema. Aunque hay pequeñas discrepancias entre el comportamiento de las partículas y sus contrapartes antiparticulares, estas idiosincrasias siguen siendo consistentes con el Modelo Estándar y no son suficientes para explicar el origen del desequilibrio cósmico ni la ternura del universo hacia la materia.

Los experimentos del LHC pudieron descubrir que el campo de Higgs sirvió como la cerradura que detuvo la sopa de partículas perpetuamente evolucionando y devolviendo el universo temprano -especialmente si el campo contenía burbujas que se congelaban más rápido que otras, proporcionando platos cósmicos de Petri en los que la materia y la antimateria podían evolucionar de manera diferente dice. "Más mediciones del bosón de Higgs y las propiedades fundamentales de la materia y la antimateria nos ayudarán a desarrollar mejores teorías y una mejor comprensión de qué y de dónde venimos".

Lo que exactamente transpiró durante el nacimiento de nuestro universo siempre puede permanecer un poco enigmático, pero seguimos buscando nuevas piezas de este rompecabezas formidable. "Estas son instantáneas del universo primitivo", dice Shelton. "A partir de estas instantáneas, podemos derivar la densidad y la temperatura del universo temprano y calcular la ligera diferencia entre el número de bariones y antibacterianos".

Pero esta pequeña diferencia presenta un problema. Aunque hay pequeñas discrepancias entre el comportamiento de las partículas y sus contrapartes antiparticulares, estas idiosincrasias siguen siendo consistentes con el Modelo Estándar y no son suficientes para explicar el origen del desequilibrio cósmico ni la ternura del universo hacia la materia.
Puedes leer el original aquí: http://bit.ly/2pZoS02