Materia y antimateria. ¿Por qué estamos aquí?

The same post in English

La materia de la que están constituidos el sistema solar, la Tierra, los seres vivos y nosotros mismos, está formada, casi por completo, por átomos que, a su vez, se basan en tres partículas elementales: protones, neutrones y electrones. Para cada una de esas partículas, así como para otras muchas que no suelen formar parte de los átomos, existe una antipartícula. Por lo tanto, podría haber antiátomos de antimateria, formados por antiprotones, antineutrones y antielectrones (positrones).

Una propiedad interesante de la materia y la antimateria es que no pueden estar juntas. En cuanto se ponen en contacto, se desintegran por completo, transformándose en energía. Todos los indicios apuntan a que nuestra galaxia (la Vía Láctea) está formada casi exclusivamente por materia. También hay algo de antimateria, en forma de nubes de antipartículas, fuera de la galaxia, cerca de ella y atraída por su gravedad, pero en cantidad tan ínfima, comparada con la masa de la galaxia, que para efectos prácticos puede ignorarse. Se ha hablado también de que podría haber algunas (muy pocas) anti-estrellas.

Antiguamente se creía que, igual que hay galaxias de materia, debería haber en otras regiones del universo galaxias de antimateria. Los seres humanos deseamos encontrar simetrías en todas partes. Por lo tanto, si en el universo hay mucha materia, debería haber también mucha antimateria: exactamente la misma cantidad. Pero entonces, cuando dos galaxias chocan entre sí, si una de ellas estuviese hecha de materia y la otra de antimateria, deberían desintegrarse, y la producción de energía consiguiente sería tan grande, que podríamos detectarla. Nunca se ha visto tal cosa, a pesar de que hay muchos casos de colisiones de galaxias, algunos bastante próximos, que nos afectarán dentro de algún tiempo, pues la galaxia de Andrómeda se precipita hacia nosotros y chocaremos con ella dentro de algunos miles de millones de años.

Una posibilidad que se ha propuesto es que existan regiones distintas en el universo. Aunque en todo el universo visible no parece haber más que materia, más allá del límite de nuestra visión podría haber regiones dominadas por antimateria, en cuyo caso a escalas enormes no existiría asimetría. Esta opción es puramente especulativa, porque no puede comprobarse científicamente.

Hoy se piensa que es muy probable que las leyes de la física sean asimétricas, y que la cantidad de materia que se produjo muy cerca del Big Bang fuese ligeramente mayor que la cantidad de antimateria. No mucho: por cada mil millones de átomos de antimateria habría habido un solo átomo más de materia (mil millones más uno). Cuando los mil millones de átomos de antimateria se desintegraron con mil millones de átomos de materia, habría sobrado un átomo de materia. De ahí habrían salido todos los átomos de materia que forman las galaxias. No habría, por tanto, galaxias de antimateria.

¿De dónde viene la asimetría? De hecho no se sabe, aunque diversas teorías tratan de explicarlo.

• Violación de la simetría CP: En algunas de las reacciones entre partículas elementales no se produce el mismo resultado si se cambia el signo de la carga eléctrica de las partículas (simetría C, de Carga) y la derecha por la izquierda (simetría P, de Paridad). Esta asimetría está comprobada experimentalmente, lo que sugirió a Isaac Asimov el título de uno de sus artículos, y de la colección a la que pertenece: El electrón es zurdo. El problema es que, para que esta asimetría explique el predominio de la materia, deberían darse más condiciones, como que no se cumpla el principio de la conservación del número bariónico. Esto significa que el protón debería desintegrarse con el tiempo, cosa que no ha podido comprobarse.
• Existencia de un anti-universo: Según esta teoría, el Big Bang habría dado lugar a la aparición simultánea de dos universos, uno dominado por materia y el otro por antimateria. El conjunto sería simétrico. Una posible consecuencia es que debería haber un gran número de partículas nuevas, los neutrinos estériles superpesados, que podrían ser la base de la materia oscura. Lo malo es que, hasta ahora, la existencia de esos neutrinos no ha podido demostrarse.
• La antimateria podría estar oculta en la materia oscura: Según otra teoría, una partícula hipotética llamada Φ, que habría existido poco después del Big Bang, pero antes de que aparecieran los protones y los neutrones, podría haberse descompuesto en una partícula de materia normal y otra de antimateria oscura. Como no sabemos lo que es la materia oscura, no se puede asegurar nada respecto a esta teoría.

Existen otras teorías que intentan resolver el problema, pero ninguna de ellas pasa más allá del nivel de sugerencia o hipótesis no demostrada. En consecuencia, debemos considerar que el problema de la existencia de materia en el universo no está resuelto, por el momento. Junto con la materia y la energía oscuras, este es uno de los enigmas más difíciles que le quedan a la física contemporánea.

Hilo Temático sobre Cosmología Estándar: Anterior Siguiente

Manuel Alfonseca