El misterio de la materia-antimateria

Las simetrías que observamos en la naturaleza provienen de leyes sencillas muy convenientes para simplificar nuestro conocimiento. En ese marco de sencillez, las leyes del microcosmos contemplan una simetría total entre materia y antimateria: al principio de la creación del universo debió haber la misma cantidad de ambas, pero algo ocurrió que permitió crear una leve asimetría entre ellas e inclinó, decisivamente, la balanza por la materia.

En un momento determinado, el universo visible estaba al rojo vivo y no era más grande que la cabeza de un alfiler. Las tremendas condiciones, la elevadísima temperatura, generaban cantidades inmensas de partículas y antipartículas de todo tipo. En el universo había mucha materia y ,exactamente , la misma antimateria. Por cada quark había un antiquark, pero en cierto momento se puso en acción el mecanismo conjeturado por el físico ruso Andrei Sajárov (1967). Por cada mil millones de partículas hubo un par más de quarks y según se iba enfriando el universo, los antiquarks chocaban con los quarks y se aniquilaban entre si. Al final quedaron unos cuantos quarks que se combinaron en tríos para formar los nucleones, protones y neutrones, que es el material más abundante en la materia ordinaria de nuestro universo.

Según Sajárov, la evolución de la asimetría material del universo dependía de tres propiedades de la naturaleza: la creación del universo en una gran explosión, la violación de la invariancia CP (carga-paridad) y la existencia de una fuerza nueva capaz de crear-aniquilar nucleones. Las dos primeras acababan de comprobarse en 1964, el descubrimiento de la radiación de fondo, vestigio fósil del Big Bang, fue una prueba irrefutable de la hipótesis de la gran explosión, y la detección, por un grupo de físicos de partículas de Princeton, de ciertas modalidades "prohibidas" de desintegración de kaones que sólo podían ocurrir si se daba una ligera violación de la simetría CP.

La propiedad que permite la violación de la simetría CP parece depender de la existencia de un mínimo de tres familias fermiónicas. De ahí el papel fundamental que juegan la extrañeza, los quarks t y b, los muones y los leptones tau. Sin ellos, habría habido la misma cantidad de materia que de antimateria, y hace mucho que ambas se habrían aniquilado entre si.

La tercera premisa de Sajárov es más especulativa, porque exige que toda la materia sea radiactiva, aunque a un nivel mínimo. Sin embargo, en 1973 se supo que la inestabilidad de la materia es inevitable en todo intento de fundir las fuerzas fuerte y nuclear débil en una teoría unificada. La gran unificación de las interacciones fundamentales confiere de forma natural el origen de la asimetría del universo.


Como curiosidad, he leído hace poco una noticia, sobre un fenómeno singular un extraño baile entre la materia y la antimateria: Unas partículas subatómicas llamadas mesones Bs, que debieron existir en el Universo al principio y que se crean ahora en los aceleradores de partículas, se convierten espontáneamente en lo contrario de sí mismas, en antimateria, en antimesones Bs. A su vez los antimesones Bs, la antimateria, se convierten otra vez en mesones Bs. Un equipo de 700 físicos del acelerador de partículas Tevatron (de Fermilab, en Chicago) ha medido ahora con alta precisión que esa transición de una partícula en su antipartícula se produce 2,8 billones de veces por segundo, con un error del 2%. "Si lo ves como una de danza de materia y antimateria, nosotros hemos medido el increíblemente rápido tempo de esa danza", dice Jacobo Konigsberg, uno de los jefes del equipo. Una decena de físicos españoles, del Instituto de Física de Cantabria (IFCA), ha desempeñado un papel destacado en el experimento (El País, 2006).


Esta extraña danza del mesón Bs ya se conocía, pero ahora se ha medido con una asombrosa precisión que nos ayuda a conocer mejor la misteriosa y trascendente relación entre la materia y la antimateria.

Libro: "Interacciones. Una visión del mundo desde el encanto de los átomos", de Sheldon L Glashow. Metatemas: Libros para pensar la ciencia, de Tusquets editores. Barcelona 1994.

Sheldon L Glashow recibió el premio Nobel de Física de 1979, junto con Abdus Salam y Steve Weinberg, por sus "trabajos sobre la teoría de la interacción unificada débil y electromagnética entre las partículas elementales, comprendida la predicción de la corriente nuetra débil".

Nota sobre las figuras:En el laboratorio SLAC de California, el grupo BaBar estudia el origen de la asimetría materia/antimateria. En el colionador asimétrico PEPII chocan haces electrón-positrón que producen el mesón neutro B. Se estás estudiando cierta asimetría en su decaimiento.