OPINIÓN: Por qué el universo no debería existir

Nota del editor: Don Lincoln es físico en jefe en Fermilab, en donde hace investigaciones con el Gran Colisionador de Hadrones. Escribió el libro The Large Hadron Collider: The Extraordinary Story of the Higgs Boson and Other Stuff That Will Blow Your Mind y produce una serie de videos de divulgación científica. Síguelo en Facebook . Las opiniones en esta columna pertenecen exclusivamente al autor.

(CNN) — "¿Por qué hay algo en vez de nada?" podría ser la pregunta metafísica más antigua y profunda. La respuesta a esta pregunta, que durante mucho tiempo fue territorio exclusivo de la filosofía, ha quedado al alcance de los métodos científicos en años recientes. Es más: gracias a un nuevo avance científico, es más que probable que finalmente resolvamos este acertijo cósmico. Esto es muy importante porque la respuesta científica más sencilla a esta pregunta es que de hecho no deberíamos existir.

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Obviamente sabemos que hay algo porque estamos aquí. Si no hubiera nada, no podríamos hacer esta pregunta. Pero ¿por qué? ¿Por qué hay algo? ¿Por qué el universo no es un vacío informe? ¿Por qué nuestro universo tiene materia y no solo energía? Podría parecer sorprendente, pero dadas nuestras teorías y mediciones actuales, la ciencia no puede responder a esas preguntas.

Sin embargo, si les das a unos científicos alrededor de 30 kilos de un isótopo raro de germanio, los llevas a una temperatura lo suficientemente baja como para licuar el aire y colocas su equipo a más de un kilómetro y medio de profundidad, en una mina de oro abandonada, tendrás el principio de una respuesta . Su proyecto se llama Demostrador Majorana y se sitúa en el Centro Subterráneo de Investigaciones de Sanford , en Dakota del Sur, Estados Unidos.

Para comprender por qué a la ciencia le cuesta explicar por qué existe la materia (y para entender los logros científicos del Majorana), primero tenemos que saber unas cosas sencillas. Para empezar, nuestro universo está hecho exclusivamente de materia. Tú, yo, la Tierra e incluso las galaxias distantes… todo es materia.

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Sin embargo, la mejor teoría que tenemos para explicar el comportamiento de la materia y la energía del universo contradice las realidades que observamos en el universo que nos rodea. Esta teoría, conocida como Modelo Estándar , propone que la materia del universo debe venir acompañada de una cantidad igual de antimateria que, como su nombre indica, es una sustancia antagonista de la materia.

Si combinas partes iguales de materia con antimateria, obtendrás energía. Esto funciona también en sentido contrario: si tienes suficiente energía, puedes obtener materia y antimateria . (Dato curioso: de la materia y la antimateria equivalente a un clip resultaría la misma cantidad de energía liberada en la explosión atómica de Hiroshima. Pero no te preocupes: desde que se descubrió la antimateria, en 1931, solo hemos podido aislar suficiente como para preparar 10 jarras de café).

Cuando pensamos en cómo nació el universo surge un enigma sobre las cantidades relativas de materia y antimateria en el universo. La cosmología moderna indica que el universo nació con un Big Bang inimaginable, una explosión de energía. Según esta teoría, el resultado debió haber sido cantidades iguales de materia y antimateria. Entonces ¿cómo es que nuestro universo está compuesto exclusivamente de materia? ¿En dónde quedó la antimateria?

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La respuesta más sencilla es que no sabemos. De hecho, sigue siendo una de las preguntas sin responder más importantes de la física moderna.

El que la pregunta de la antimateria perdida no tenga respuesta no quiere decir que los científicos no tengan ni idea. A partir de 1964 y hasta el día de hoy, los físicos han estudiado el problema y han descubierto que en el universo primitivo había una ligera asimetría en las leyes de la naturaleza que influía de forma diferente en la materia y la antimateria.

nullEn términos aproximados, por cada mil millones de partículas subatómicas de antimateria que surgieron en el Big Bang, existen mil millones y una partículas de antimateria. Los mil millones de partículas de materia y antimateria se anularon y quedó un pequeño sobrante de materia (el "uno") con el que se creó el universo que vemos . Esta es la teoría científica aceptada . Sin embargo, no conocemos el proceso del que surgió la asimetría en las leyes del universo.

Una de las posibles explicaciones gira alrededor de una clase de partícula subatómica conocida como leptón. El más conocido de los leptones es el electrón, que se encuentra alrededor de los átomos. Sin embargo, uno de los leptones menos conocidos es el neutrino. Los neutrinos se emiten en una radiación nuclear particular conocida como desintegración beta. La desintegración beta ocurre cuando un neutrón de un átomo se desintegra en un protón, un electrón y un neutrino.

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Los neutrinos son partículas fascinantes. Su interacción es extremadamente débil. Una oleada constante de neutrinos de las reacciones nucleares del Sol pasa por la Tierra prácticamente sin interactuar. Como su interacción es tan pequeña, son difíciles de detectar y de estudiar. Eso significa también que aún hay propiedades de los neutrinos que no entendemos.

Para los científicos sigue siendo un misterio si hay una diferencia entre los neutrinos de materia y de antimateria. Aunque sabemos que ambos existen, no sabemos si son partículas subatómicas diferentes o si son lo mismo . Es una idea densa, así que tal vez nos ayude recurrir a una analogía.

Imagina que tienes unos gemelos. Uno es un neutrino de materia y el otro, de antimateria. Si los gemelos son idénticos, no los puedes distinguir. Esencialmente, no sabemos qué clase de gemelos son los neutrinos de materia y de antimateria. Si los neutrinos fueran su propia partícula de antimateria, sería una pista importantísima para descifrar el misterio de la antimateria perdida. Así que, naturalmente, los científicos trabajan para descubrirlo. Lo primero que hacen es buscar una forma muy rara de desintegración beta, conocida como desintegración beta doble. Esta ocurre cuando dos neutrones del núcleo de un átomo se desintegran simultáneamente.

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En este proceso se emiten dos neutrinos. Los científicos han observado esta clase de desintegración. Sin embargo, si los neutrinos son su propia antipartícula, puede ocurrir algo más raro, conocido como " desintegración beta doble sin neutrinos ". En este proceso, los neutrinos se absorben antes de salir del núcleo. En este caso, no se emiten neutrinos. Este proceso no se ha observado y es lo que los científicos están buscando. La observación de una clara desintegración beta doble sin neutrinos demostraría los neutrinos de materia y de antimateria son lo mismo.

Si existiera la desintegración beta doble sin neutrinos, sería muy difícil de detectar y es importante que los científicos puedan distinguir entre los muchos tipos de desintegración radiactiva que emulan la del neutrino. Esto exige el diseño y la construcción de detectores muy precisos.

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Eso es lo que han logrado los científicos del Demostrador Majorana . Desarrollaron la tecnología necesaria para hacer esta diferenciación tan compleja. Esta demostración traza una vía hacia un experimento de seguimiento que responda de una vez por todas a la pregunta de si los neutrinos de materia y de antimateria son lo mismo o si son cosas diferentes. Con esa información, tal vez podamos entender por qué nuestro universo está hecho exclusivamente de materia.

Desde hace milenios, los pensadores más reflexivos han ponderado las preguntas más grandes sobre la existencia. ¿Por qué estamos aquí? ¿Por qué el universo es como es? ¿Las cosas tienen que ser así? Gracias a este avance, los científicos han dado un paso hacia la respuesta a estas preguntas ancestrales.

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