Hallan la evidencia más clara de por qué en el Universo hay ‘algo’ en lugar de ‘nada’

Al principio de los tiempos debió producirse una ‘ruptura de la simetría’ que permitió la existencia de más materia que antimateria. Y ahora los científicos han dado el primer paso para resolver ese misterio

En un Universo perfecto y totalmente simétrico, ninguno de nosotros existiría.

Y tampoco habría planetas, estrellas, galaxias o cualquier otra cosa hecha de materia que podamos imaginar.

En un Universo perfecto todo sería simétrico, y del Big Bang habría surgido exactamente la misma cantidad de materia que de antimateria, que tienen la peculiaridad de que, al entrar en contacto, se anulan la una a la otra dejando… nada.

La antimateria, en efecto, es ‘la imagen en el espejo’ de la materia ‘normal’ de la que todos estamos hechos.

Las partículas de antimateria son exactamente idénticas a sus correspondientes partículas de materia, excepto por una cosa: su carga eléctrica está invertida.

Por eso, cuando un electrón (con carga negativa) se encuentra con un positrón (es decir, con un anti electrón, con carga positiva), o un protón con un antiprotón, ambas partículas se aniquilan dejando tras ellas un leve destello de energía. Uno menos uno, en efecto, es igual a cero.

Pero un simple vistazo al Universo que nos rodea basta para darse cuenta de que hay materia por todas partes.

Y que, al contrario, no hay rastro de antimateria.

Es decir, que en algún momento del génesis cósmico algo cambió a nivel fundamental, algo que produjo una ‘ruptura de la simetría’, que hizo posible el exceso de materia sobre antimateria y que permitió, por tanto, nuestra existencia.

Los científicos llevan décadas enteras buscando ese ‘algo’ y tratando de obtener pistas sobre ese momento crítico a base de estudiar los restos del Big Bang, incluido el fondo cósmico de microondas (la radiación residual de la gran explosión), y las supuestas ondas gravitacionales que el Big Bang mismo tuvo que producir. Pero ninguno de estos esfuerzos ha tenido éxito.

Hasta ahora. Un equipo formado por un trío de astrofísicos de la Universidad de Florida y el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, en California, acaba de encontrar, en efecto, una señal sorprendentemente clara de tal asimetría poco después del comienzo de los tiempos.

Además, sus hallazgos, podrían resolver de una vez por todas el debate sobre si el Universo pasó, o no, por un período de inflación justo después de empezar a existir.

«Dado que la violación de la paridad solo se puede imprimir en el Universo durante la inflación, explica Zachary Slepian, astrónomo de la Universidad de Florida y coautor de la investigación, si lo que hemos encontrado es cierto, proporciona una prueba irrefutable de la inflación».

Durante su trabajo, los investigadores descubrieron que el Universo, en un momento determinado, empezó a mostrar preferencia por ciertos tipos de agrupaciones de galaxias en detrimento de las que tenían su imagen especular.

Lo cual sugiere que hubo un instante infinitesimal en la historia de nuestro Universo durante el que las leyes de la física fueron diferentes a las que conocemos hoy.

Algo que tuvo consecuencias decisivas en su evolución posterior. ¿Pero cómo observar esas consecuencias en el Universo presente?

La violación de la paridad, sucedida durante el brevísimo periodo inflacionario, durante el que, en una fracción de segundo, el Universo multiplicó millones de veces su tamaño, dejó su marca en la forma en que se distribuirian, mucho más tarde, las futuras galaxias.

Y los científicos decidieron comprobar si había algún indicio de que el Universo efectivamente prefirió un tipo de distribución galáctica en concreto, lo cual sería una señal inequívoca de que la simetría inicial se había roto.

El hallazgo, si lo conseguían, podría ayudar a responder por qué hay más materia que antimateria, es decir, por qué en el Universo hay algo en lugar de nada.

De hecho, la violación de la simetría es una condición esencial para hacer posible la formación de estrellas, galaxias, planetas y la vida tal y como la conocemos.

Solo se necesitaba demostrar que esa violación, efectivamente, se produjo.

Con ese objetivo, el equipo estudió todas las orientaciones posibles de conjuntos de cuatro galaxias en el cielo, obtenidos conectando entre sí las galaxias de cada grupo mediante líneas imaginarias en el espacio.

Así, y a medida que trazaban líneas para unir puntos (las galaxias), los investigadores fueron obteniendo una multitud de objetos tridimensionales llamados tetraedros, similares a pirámides desequilibradas.

Los científicos eligieron usar conjuntos de cuatro galaxias porque el tetraedro es la forma más simple de tener ‘lado izquierdo’ y ‘lado derecho’.

Y de ver después cuál de los dos lados, si es que había alguno, era el preferido del Universo.

Fue un trabajo laborioso. Los científicos tuvieron que analizar más de mil millones de esos tetraedros imaginarios, para lo que se habría necesitado una capacidad de procesamiento inconcebible.

Por eso tuvieron que desarrollar también nuevas y sofisticadas fórmulas matemáticas que permitieran realizar los cálculos en un tiempo razonable.

En un Universo perfectamente simétrico, lo esperado habría sido encontrar la misma cantidad de orientaciones ‘izquierda’ y ‘derecha’ en cualquier distribución tetraédrica de galaxias.

Pero eso no fue lo que observaron los investigadores en su análisis. Muy al contrario, el Universo mostró que sí tenía una preferencia. Y eso, a su vez, era una prueba de que realmente se había producido una ruptura de la simetría.

Los dos conjuntos de datos analizados mostraron, en efecto, un notable desequilibrio, es decir, un Universo claramente asimétrico.

El hallazgo, además, tuvo una significación estadística de 7 sigma, muy superior a los 5 sigma que son necesarios para que los investigadores estén realmente seguros de que lo que están viendo no es simplemente una casualidad o coincidencia.

A pesar de ello, los tres autores advierten de que podrían haber subestimado el ruido contenido en las bases de datos utilizadas, lo que se habría podido traducir en detecciones falsas de galaxias que podrían no reflejar con total precisión el Universo real.

De modo que ahora se disponen a repetir sus cálculos utilizando conjuntos de datos más grandes y precisos, proporcionados por los telescopios de nueva generación, más avanzados.

Si el hallazgo, tal y como parece, resulta ser cierto, la siguiente cuestión sería averiguar cómo exactamente se produjo ese cambio, gestado en los lejanos tiempos del periodo inflacionario.

La ruptura de la simetría pudo producirse como consecuencia de algún tipo de fenómeno cuántico cuando el Universo empezó a existir, o de una fuerza misteriosa que aún nadie ha descubierto.

A pesar de que anteriormente ya se habían encontrado otros indicios de una violación de la simetría, ninguno alcanzó el nivel de certeza de este estudio, que además es el primero en observar una violación que afecta a la agrupación tridimensional de galaxias en el Universo.

Fuentes: Oxford Academic, APS