¿Por qué no desapareció todo cuando explotó el universo?

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El Big Bang es el evento más violento y energético que jamás haya ocurrido en el universo. Tanto que todo podía haber sido de otra manera. ¿Por qué no acabó todo igual que comenzó?

Hace literalmente una eternidad, pues por aquél entonces (si es que esto tiene sentido) no existía el tiempo, solo había… nada.

De pronto, no sabemos muy bien ni por qué ni cómo, todo estalló en el evento más violento y grande que ha existido y existirá jamás: el Big Bang.

En fracciones de tiempo inconcebibles apareció el espacio (y el tiempo, claro), la materia y otras cosas como la antimateria.

Sí, la antimateria es como la versión negativa de la materia que conocemos. Y también la razón de que casi desapareciera nuestro universo en el mismo momento en el que se creó.

¿Qué es la antimateria? Toda la materia que conocemos está formada por protones, electrones y neutrones.

Su combinación forma los átomos de los elementos; los elementos hacen materiales y sustancias.

Con esto último interaccionamos en nuestro día a día. Pero al igual que protones y electrones, existen antiprotones y “antielectrones” (positrones). Incluso antineutrones.

Grosso modo, estas partículas tienen la misma masa que sus contrapartidas pero carga contraria (los protones serán negativos y los positrones positivos, etc).

Cuando la materia y la antimateria se unen ocurre una reacción, de las más violentas jamás observadas, de manera que se aniquilan la una a la otra.

Esta reacción es invariable y también la causante de uno de los mayores misterios del universo.

“Cuando en los años cuarenta y cincuenta construimos los primeros pasos del modelo estándar, el ejemplo máximo que había era la electrodinámica cuántica”, explica Mario Herrero, doctor en física e investigador en la Escuela Politécnica Federal de Lausana, “la teoría que explica la interacción electromagnética y cómo se comportan las cosas que tienen carga eléctrica”.

El modelo estándar de física de partículas trata de explicar la intimidad de toda la materia y energía que existe en nuestro universo. Con él se dan respuestas de por qué las cosas, físicamente hablando, ocurren como ocurren.

“Esta teoría es relativamente sencilla en comparación con algunas que hemos ido desarrollando luego. Una de las cosas más bonitas que tiene es que contempla tres simetrías conservadas”.

Con esta expresión, Mario nos explica una de las cuestiones más fundamentales del universo: si le cambiáramos todas las cargas a toda la materia del universo con una varita mágica, en realidad, nada cambiaría. Seguiríamos igual.

Ni siquiera notaríamos ese cambio de carga. Porque el universo es simétrico según el modelo estándar.

“Lo que llamamos más y lo que llamamos menos es prácticamente arbitrario, el proceso funciona igual”.

Pero además de las cargas, el universo es simétrico en más cosas: la paridad, por ejemplo.

“Explica que la propagación de una partícula no se ve afectada por la dirección. Es decir, si lanzo una partícula hacia allá, debería funcionar de la misma manera que si la lanzo en su proceso equivalente hacia atrás”.

Por último está la simetría del tiempo: “Un proceso hacia adelante en el tiempo y su equivalente hacia atrás no deberían ser radicalmente distintos”.

Estas tres simetrías combinadas forman un conjunto llamado invariancia CPT por las siglas de carga, paridad y tiempo.

“Bajo unas suposiciones muy sensatas sobre cómo funciona la física, con la simetría CPT se puede demostrar que es igual a una simetría existente en la naturaleza llamada simetría de Poincaré”, nos cuenta el físico.

“A día de hoy creemos que toda la naturaleza ha de cumplir con la simetría de Poincaré. Esta simetría es la que nos llevó a descubrir que la naturaleza es relativista”, tal y como mostró Albert Einstein con la teoría de la relatividad especial.

“Para que lo entendamos, que se cumpla CPT es equivalente a que se cumplan las leyes de la relatividad especial”, que es algo que hemos observado que ocurre, claro.
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Pero ¿por qué es tan importante esta simetría? Volvamos al Big Bang, un momento fundamental donde el universo mostró su cara más primordial.

Según esto mismo, y para que lo entendamos, la simetría CPT nos indica que cuando la materia apareció bajo estas mismas leyes físicas, debió aparecer la misma cantidad de materia que de antimateria.

Pero esto no parece ser así. En algún punto la materia ganó a la antimateria. Ahora, la antimateria es mucho más rara que la materia.

Y menos mal, porque si hubieran aparecido en las mismas circunstancias, se habrían aniquilado la una a la otra sin dejar ni rastro de lo que conocemos.

Aunque ahora, sentados en nuestro sillón, delante de nuestro dispositivo, nos parece de lo más natural del mundo, el universo no tenía por qué haber sido como es. No señor.

Durante un ínfimo instante estuvimos a punto de desaparecer en otra enormísima explosión, casi tan violenta como el propio Big Bang. Así lo dicen las leyes y la simetría CPT de la que hablábamos.

¿Entonces? ¿Qué ocurrió? Hace poco moría uno de los premios nobeles más importantes de la física.

“En los años 60, si no recuerdo mal, James Cronin y Val Fitch descubrieron procesos en los cuales no se cumplía la simetría de C y P”, señala Mario.

Este fenómeno que le valió el premio Nobel a James Cronin, quien murió hace apenas una semana, se conoce como la violación de CP.

“Cronin lo observó en desintegraciones beta, que son un tipo de desintegración nuclear que sufren algunos materiales. Este señor estudió este y otros procesos y comprobó que no siempre se cumplía la simetría CP. Antes de él nadie se esperaba que CP fuera a encontrarse violada”.

En T también encontramos este fenómeno, tal y como nos explica Mario. De esta manera, la “invariancia CPT” no es tan invariable como parecía.

Pero, ¿dónde falla la teoría? Volviendo a los 60, Cronin descubrió que la conocida como interacción débil viola CP.

La interacción débil es un tipo de fuerza fundamental encargada de cosas como la desintegración nuclear (la radiactividad).

“Esto comenzó a dar pistas de por qué en el universo hay más materia que antimateria”, comenta el físico; “si todas las teorías fueran invariantes, uno espera que cualquier proceso fuera simétrico.

Pero el que haya una pequeña violación de CP produce que haya más de una cosa que la otra”.

En nuestro caso, esa cosa es la materia, obviamente. “Que haya materia y no antimateria es una cosa muy rara y solo se puede explicar si las leyes de la naturaleza violan CP”.

Pero cuidado, porque la violación de CP por parte de la interacción débil, que, repetimos, es una fuerza fundamental, no es suficiente para explicar todo lo que hemos observado.

“Pero ya sabemos que hay teorías que violan la simetría de CP”, afirma Mario, “esto nos da una razón para pensar que otras leyes podrían violar también CPT. Se sabe que en el momento que violan CP, también deben violar la inversión en el tiempo y, por tanto, T”.

Como vemos, el trabajo de Cronin (y Fitch) marcó un antes y un después en la física tal y como la conocemos.

“Yo creo que ya no se hacen trabajos como los de este hombre”, comenta Mario.

“Este hombre todavía estaba desvelando leyes de la naturaleza que rigen la física nuclear. Es una cosa muy chula”.

Y, aunque no pudiéramos seguir profundizando más, o entender mejor qué ocurrió y por qué, al menos hemos rozado una de las razones, efímeras de por qué seguimos existiendo cuando todo pudo haber acabado en el mismísimo comienzo del universo.

Fuente: Hipertextual