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Materia y la antimateria: la discrepancia original

Desmetáfora

Un experimento del Centro Europeo de Investigaciones Nucleares podría explicar por qué una prevaleció sobre la otra.
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En días pasados uno de los experimentos del acelerador de partículas más grande del mundo anunció un descubrimiento. La colaboración LHCb observó la pequeña desigualdad entre materia y antimateria donde nunca había sido vista.

El Gran Colisionador de Hadrones se encuentra en el CERN (Centro Europeo de Investigaciones Nucleares, por sus siglas en francés), en Ginebra, Suiza. Allí se acaba de anunciar la observación de una pequeña discrepancia en la manera en que se comportan la materia y la antimateria.

Las antipartículas tienen la carga eléctrica contraria a la de las partículas y actúan de manera opuesta en un campo magnético, pero son equivalentes en el marco correspondiente hecho de antimateria. Los estudios que se han llevado a cabo en antihidrógenos, por ejemplo, han mostrado que las características de emisión de luz son idénticas a las de átomos de hidrógeno. Por eso uno cree que un Universo hecho de materia sería igual a uno de antimateria.

La transformación de “Carga y Paridad” se refiere a lo que ocurre cuando cambiamos a todas las partículas de un sistema por sus antipartículas y de manera adicional invertimos la izquierda por la derecha, el adelante por el atrás, el arriba por el abajo. Uno pensaría que una transformación así, aplicada al Universo entero, nos dejaría con uno de antimateria que sería similar al nuestro, pero no.

Esto es como si reuniéramos un conjunto de 100 manzanas y 100 peras y, a medida que las consumiéramos, guardáramos las semillas para posteriormente sembrarlas. Al cabo de un año veríamos que tenemos 400 árboles de manzanas y 300 perales. Si luego, por un artilugio de magia, transformamos a las manzanas en peras y las peras en manzanas opinaríamos que estamos en las mismas circunstancias que al principio porque tendríamos el mismo número de manzanas y de peras. La sorpresa llegaría cuando veamos que al transcurrir un año slo tenemos 299 árboles de manzanas. La diferencia es pequeña pero importante. Entonces nos damos cuenta de que algo falló en el artilugio de la transformación de peras y manzanas. La transformación no fue exacta. El mundo donde las manzanas son manzanas y las peras son peras es distinto del mundo en el que las frutas han sido transformadas con un artificio de la magia que, evidentemente, es imperfecto.

Para el caso de un sistema físico compuesto por partículas y antipartículas uno pensaba, antes de 1964, que también había una simetría, es decir, que un nuevo sistema en el que las partículas fueron cambiadas por antipartículas —y, además, se invirtieron la izquierda por derecha, el arriba por el abajo, y el adelante por el atrás, para asegurar que las condiciones fueran las mismas— se comportaría igual que antes de ser transformado. Pero no fue así. Como con las manzanas modificadas en peras, algo cambia y la equivalencia no es válida. Más aún, debido a esa pequeña desigualdad, un día el mundo estará lleno de perales y los árboles de manzanas dejarán de existir. De la misma manera y debido a este efecto diminuto, el Universo acabó siendo de materia y la antimateria desapareció con el pasar del tiempo.

La violación a la simetría CP fue descubierta en 1964. El hallazgo fue reconocido con el Premio Nobel de Física en 1980 a J. Cronin y V. L. Fitch. En 2008 se dio un segundo Nobel relacionado también con esta sutil medición a los físicos Makoto Kobayashi y Toshihide Maskawa. Ahora el experimento LHCb acaba de advertir el efecto en una clase distinta de partícula subatómica en donde se había estado buscando por mucho tiempo.

Esa pequeña divergencia entre la imagen especular del Universo hecho de las antipartículas y el nuestro es fundamental. Si bien es cierto que la materia y la antimateria son contrapuestas, podrían ser exactamente equivalentes en sus respectivos mundo y antimundo, pero curiosamente no lo son. Esa simetría se rompe en la naturaleza.

La manera en que el experimento LHCb pudo ver esta pequeña disimilitud fue estudiando la forma como se desintegra una partícula llamada Do—que contiene un quark “encanto” y un antiquark “arriba”— y la correspondiente antipartícula: Do —que contiene los inversos de antimateria, es decir, un antiquark “encanto” y un quark “arriba”—. Decimos que la partícula Do es materia con “encanto” y Do es su antipartícula.

El experimento LHCb ha visto decenas de millones de estos mesones Do y Do que se producen en las colisiones de protones contra protones, y ha contado el número de veces en que éstas decaen en un par de partículas llamadas piones. Ha contado también cuántas veces el decaimiento produce partículas llamadas kaones.

Si la materia y la antimateria fueran exactamente iguales uno vería que ambos —la partícula Do y la antipartícula Do— se desintegrarían de la misma manera en ambos productos. Sin embargo, hay una disparidad de una décima de por ciento en la que una decae más veces en esos canales y eso significa que la materia no es intercambiable por la antimateria.

Es la cuarta ocasión en que se puede ver esta pequeña desigualdad. Antes se observó en partículas con el quark “extraño” y en dos ocasiones con quarks “belleza”. Lo paradójico de tan pequeño efecto es que muy probablemente sea el responsable de que el Universo se desarrollara como un mundo hecho de materia.

​ÁSS

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