Un paso más cerca de descubrir por qué el universo tiene materia
COSMOLOGÍA / FÍSICA.
Unos científicos han conseguido acercarse más que nunca antes a la respuesta definitiva a una de las preguntas más importantes de la ciencia: ¿Por qué el universo contiene materia, como por ejemplo estrellas, planetas y formas de vida, en vez de estar vacío?.
Recreación artística del Big Bang, la colosal “explosión” con la que nació el universo. Ilustración: Jorge Munnshe para NCYT de Amazings.
Estos científicos son los de dos grupos muy extensos: el de la Colaboración NOvA y el de la Colaboración T2K. El nombre de cada grupo hace referencia al experimento que viene desarrollando cada uno, mediante sus respectivas instalaciones avanzadas. Científicos de numerosas instituciones colaboran en esos grupos, como por ejemplo Mark Messier y Jonathan Karty, de la Universidad de Indiana en Estados Unidos. Tanto NOvA como T2K se valen de la detección de neutrinos y el análisis de sus huellas.
Los neutrinos figuran entre las partículas más abundantes del universo. Son partículas diminutas que se desplazan a través de todo en el espacio, pero apenas interactúan con su entorno. Carecen de carga eléctrica y apenas tienen masa. Todo esto hace tremendamente difícil detectarlas. Pero esas mismas características las convierten en un recurso científico muy valioso.
Conocer lo bastante bien a los neutrinos podría ayudar a explicar por qué hay materia en el universo. Teóricamente, el Big Bang (la “explosión” colosal con la que nació el universo) produjo partes iguales de materia y antimateria, las cuales se habrían aniquilado por completo entre ellas; cuando una partícula se encuentra con su antipartícula, ambas se aniquilan mutuamente por completo, liberando toda su energía. Pero tras el Big Bang, algo inclinó la balanza, conduciendo a una mayor abundancia de materia, lo que hizo posible la formación de estrellas, galaxias, planetas y todo cuanto nos rodea y somos hoy en día.
Se sospecha que los neutrinos podrían tener la respuesta a ese enigma de por qué la materia prevaleció sobre la antimateria. Existen tres tipos o "sabores" de neutrinos: electrónico, muónico y tauónico, esencialmente tres versiones de la misma partícula. Los neutrinos poseen la inusual capacidad de oscilar en su identidad, transformándose de un "sabor" a otro al viajar por el espacio. La forma en que se producen estas oscilaciones de identidad, y si las oscilaciones de los neutrinos difieren de las de sus homólogos de antimateria, podría revelar por qué la materia predominó sobre la antimateria en el universo primitivo.
El nuevo estudio combina datos de dos de los observatorios de neutrinos más importantes del mundo. En Estados Unidos, NOvA (NuMI Off-axis νe Appearance experiment) envía un haz de neutrinos a través de la Tierra, a 810 kilómetros de distancia, desde su fuente en el Laboratorio Nacional Fermi, cerca de Chicago, hasta un detector de 14.000 toneladas en Ash River, Minnesota. En Japón, el observatorio T2K trabaja con un haz de neutrinos enviado desde el acelerador J-PARC en Tokai hasta el gigantesco detector Super-Kamiokande, situado a 295 kilómetros de distancia, bajo el monte Ikenoyama.
El trabajo conjunto de NOvA y T2K es muy importante ya que el análisis conjunto de los datos de ambos experimentos permite comprender mucho mejor el comportamiento de los neutrinos.
Al combinar sus conjuntos de datos, los equipos de investigación lograron una medición más precisa de los parámetros que rigen la oscilación de identidad de los neutrinos, especialmente los parámetros relacionados con la asimetría detectada entre neutrinos y antineutrinos. Los resultados del estudio conjunto se centran en la simetría carga-paridad (simetría CP), que refleja la idea de que la materia y la antimateria deberían comportarse como imágenes especulares perfectas; las leyes de la física deberían ser exactamente las mismas para ambas.
Pero esto no es lo que se observa. Para empezar, el universo está compuesto casi en su totalidad de materia, con solo fugaces apariciones de partículas de antimateria creadas en fenómenos de alta energía y que son aniquiladas instantes después.
Y ahora, los resultados del nuevo estudio sugieren la existencia de un desequilibrio entre la oscilación de identidad de los neutrinos y la de los antineutrinos, lo que indica que se viola la simetría carga-paridad. Dicho de otro modo, la conducta de los neutrinos difiere de la de los antineutrinos en más cosas que las derivadas de la mera diferencia entre una imagen y su reflejo en un espejo. Esto constituye una pista que podría llevar a averiguar por qué nuestro universo contiene materia.
El estudio se titula “Joint neutrino oscillation analysis from the T2K and NOvA experiments”. Y se ha publicado en la revista académica Nature.
Sitio Fuente: NCYT de Amazings