¿Por qué hay materia en lugar de nada?

¿Por qué hay materia en el universo? ¿Por qué cuando se creó el universo durante la Gran Explosión (el Big Bang) no se aniquilaron todas las partículas con sus antipartículas? Es decir: ¿Por qué no desapareció toda la materia con la antimateria? 

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Por: Vicente Aboites

¿Por qué hay materia en el universo? ¿Por qué cuando se creó el universo durante la Gran Explosión (el Big Bang) no se aniquilaron todas las partículas con sus antipartículas? Es decir: ¿Por qué no desapareció toda la materia con la antimateria? El misterio de porqué hay materia en el universo no ha sido resuelto.

Recientes experimentos realizados en el Laboratorio Rutherford Appleton en Inglaterra podrían ayudar a sugerir posibles respuestas. Al menos los resultados experimentales preliminares ya han permitido descartar varias soluciones a este problema sugeridas por algunas teorías. Se plantea que una propiedad de una partícula fundamental en la estructura de la materia llamada “neutrón” es clave para responder a esta pregunta. Esta propiedad es el “momento eléctrico dipolar” del neutrón.

Aunque el neutrón es una partícula globalmente neutra, dentro de ella existe una inhomogeneidad eléctrica tal que dentro de ella tiene un poco de carga positiva de un lado y un poco de carga negativa del otro. Esta carga positiva y negativa dentro del neutrón origina su momento eléctrico dipolar. Esencialmente los neutrones son pequeños dipolos eléctricos, esto es algo similar a lo que sería un pequeño imán pero con polos eléctricos y no magnéticos.

El problema es que el momento eléctrico dipolar del neutrón es extremadamente pequeño y es un reto científico tecnológico de primera magnitud determinar su valor. El pasado veintiocho de febrero un grupo británico de investigadores reportaron los primeros resultados de esta medición experimental (ver: C. Abel et al. Measurement of the Permanent Electric Dipole Moment of the Neutron. Phys. Rev. Lett., 2020). 

El punto más importante es que todas las teorías que pretenden explicar por qué hay materia en el universo también proponen que el neutrón tiene un pequeño momento dipolar. Por tanto la medición de esta cantidad puede ayudar a determinar cuál de las diferentes teorías propuestas es correcta y cuál no, o incluso determinar cuáles teorías podrían ser modificadas o ser totalmente desechadas y entonces buscar nuevas teorías.

El Profesor Phillip Harris del Departamento de Física de la Universidad de Sussex afirma que: “Después de más de dos décadas de trabajo finalmente empezamos a obtener resultados experimentales para responder una de las más importantes preguntas de la Cosmología de los últimos cincuenta años; explicar por qué el universo contiene mucha más materia que antimateria y de hecho explicar por qué simplemente contiene materia.

Esta respuesta está relacionada con una asimetría estructural que debe detectarse en  las partículas básicas como el neutrón y esto es lo que estamos buscando. El momento eléctrico dipolar es mucho menor de lo que antes se creía y esto nos permite descartar teorías inadecuadas”.

Por su parte, el doctor Clark Griffith del mismo equipo afirma que: “Este experimento utiliza técnicas de física atómica y de física nuclear de baja energía, incluyendo magnetometría óptica basada en luz láser así como manipulación del espín cuántico de las partículas. Utilizando estas técnicas multidisciplinarias somos capaces de medir las propiedades del neutrón con extrema precisión”.

Durante el experimento se utilizaron neutrones extra fríos (neutrones que se mueven a muy baja velocidad) y cada trescientos segundos un paquete de más de diez mil neutrones era examinado en detalle.  En total los investigadores analizaron cincuenta mil de esos paquetes.

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