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OPINIÓN: El universo está desequilibrado y nadie sabe por qué

Nuestro universo está hecho de materia; esa podría ser la "declaración más obvia del año", pero en realidad es una de las observaciones más desconcertantes de la ciencia moderna, señala Don Lincoln.
Universo en equilibrio
¿Universo en equilibrio? Los físicos teóricos confían en que la antimateria reaccionará a la gravedad igual que la materia, considera el analista Don Lincoln. (Foto: Jakarin2521/Getty Images/iStockphoto)

Nota del editor: Don Lincoln es físico investigador y autor del libro The Large Hadron Collider: The Extraordinary Story of the Higgs Boson and Other Stuff That Will Blow Your Mind. También produce una serie de videos de divulgación científica. Síguelo en Facebook . Las opiniones en esta columna pertenecen exclusivamente al autor.

(CNN) — Parece que a donde quiera que miremos, el universo está en equilibrio. Vida y muerte. Yin y yang. Caballeros jedi y señores sith. Pero no es el caso del universo en general.

A primera vista puede no ser obvio, pero lo ha sido para los científicos desde hace casi un siglo. Ahora, un anuncio del experimento ALPHA del laboratorio del Consejo Europeo para la Investigación Nuclear ( CERN , por sus siglas en francés), a las afueras de Ginebra, Suiza, podría servirnos para entender por qué.

OPINIÓN: ¿Por qué el universo no debería existir?

Nuestro universo está hecho de materia. Esa podría ser la "declaración más obvia del año", pero en realidad es una de las observaciones más desconcertantes de la ciencia moderna.

En 1928, el físico británico Paul Dirac jugueteaba con las nuevas teorías de la mecánica cuántica y la relatividad especial con la intención de crear una sola teoría que explicara el comportamiento de la materia ordinaria. Logró hacerlo a través de sus ecuaciones , pero tenían una característica inesperada. No tenían una solución, sino dos. La primera explicaba el mundo conocido de los átomos, pero la segunda al parecer describe una especie de mundo paralelo, en el que todo está al revés.

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En lenguaje moderno, sus ecuaciones predijeron no solo la existencia del electrón y su carga negativa, sino una partícula hermana con masa idéntica y carga positiva: un antielectrón al que hoy llamamos positrón. De igual forma, predijo que a cada partícula que descubramos corresponderá una "antipartícula". El término genérico para esta sustancia sorprendente es " antimateria ". Aunque suena a ciencia ficción, la antimateria es definitivamente un hecho científico. El físico estadounidense Carl Anderson la descubrió en 1932.

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La antimateria es igual a la materia, pero con carga eléctrica opuesta. En principio, deberías poder combinar antiprotones y positrones para crear antiátomos e incluso moléculas de antimateria, células, planetas y personas. Podría haber toda una galaxia de antimateria en el espacio. Sin embargo, hay un pequeño problema. La antimateria está casi totalmente ausente del cosmos.

nullResulta que esto es muy difícil de explicar porque Dirac no solo creó ecuaciones que nos indican que la antimateria debe existir, sino que nos indican cómo crearla. La teoría de la relatividad especial de Einstein señala que la energía y la masa son intercambiables. Si concentras energía suficiente, puedes crear materia. Pero cuando creas materia, creas una cantidad idéntica de antimateria.

Es extremadamente fácil crear antimateria con la tecnología moderna. Los aceleradores gigantes de partículas, como el del Fermilab en Illinois, Estados Unidos, o el del CERN, crean y estudian antimateria constantemente. Además, el proceso está muy bien estudiado. La energía siempre genera materia y antimateria en cantidades iguales.

Ahí es donde nace el acertijo. Sabemos que nuestro universo se creó en un proceso llamado Big Bang , en el que se liberó una cantidad increíble de energía. Conforme el universo se expandió y se enfrió, debió generar cantidades iguales de materia y antimateria. No obstante, nuestro universo consiste casi exclusivamente de materia y ahí está el problema: tenemos dos observaciones indiscutibles (la producción de cantidades iguales de materia y antimateria, y la preponderancia de la materia) que se contradicen. Es un desacuerdo dolorosamente obvio y uno de los principales misterios de la ciencia moderna.

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La única conclusión lógica es que algo pasó en la formación y la expansión del universo que favoreció a la materia sobre la antimateria. Los científicos han tratado infructuosamente de identificar qué paso desde hace décadas.

Hay muchos enfoques indirectos para tratar de entender qué inclinó la balanza, como uno reciente que involucra a una partícula subatómica misteriosa conocida como neutrino . Sin embargo, la forma más directa de descubrirlo es simplemente crear antimateria y estudiarla como lo hacemos con la materia ordinaria. Si vemos alguna diferencia, tendremos una pista.

Uno de los métodos consiste en observar la luz que emiten o absorben los átomos de hidrógeno. Los científicos han estudiado la longitud de onda de luz que se necesita para que un electrón de un átomo de hidrógeno pase del nivel más bajo de energía al siguiente más alto. Esta medición es increíblemente precisa.

Los investigadores calcularon la longitud de onda necesaria con una precisión de 15 dígitos. Si fuera posible hacer una medición parecida con el hidrógeno de antimateria, sería buena opción para buscar diferencias entre la materia y la antimateria.

Hace poco, la colaboración entre ALPHA y CERN anunció en el boletín Nature que había llevado a cabo mediciones ultraprecisas de la absorción de luz en átomos de antihidrógeno. Descubrieron que la longitud de onda coincide con la que vemos en los átomos de hidrógeno. La medición del antihidrógeno llegó a los 12 dígitos de precisión; no fue el mismo grado de precisión que el del hidrógeno, pero es lo suficiente para delimitar precisamente las diferencias entre la materia y la antimateria.

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Además, los investigadores confían en que podrán mejorar sus aparatos y por ende la precisión de sus mediciones para alcanzar el mismo nivel que el del hidrógeno.

Hace poco fui a CERN y recorrí el experimento ALPHA con Jeffrey Hangst, el líder del experimento. Mientras observábamos el experimento recargados en el barandal, noté que hay un espacio en el equipo, entre la tubería que lleva los antiprotones hacia el aparato y el detector.

nullLe pregunté por qué existía ese espacio y me dijo desenfadadamente que estaban construyendo una versión modificada del experimento para responder a una vieja pregunta: "¿La antimateria cae hacia arriba?".

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Cualquier apostador al que le guste ganar apostaría a que la respuesta es "no". Esencialmente, todos los físicos teóricos confían en que la antimateria reaccionará a la gravedad igual que la materia. Pero nunca se ha probado. El equipo del experimento ALPHA espera responder definitivamente a esta pregunta en unos meses. Si los teóricos se equivocaron en sus predicciones, estaremos ante la medición física de la década.

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Todavía no sabemos por qué no hay antimateria observable en nuestro universo, pero no es porque no lo hayamos intentado. Tanto ALPHA como sus experimentos hermanos siguen avanzando, desarrollando técnicas y tecnologías que podrían responder a esta pregunta increíblemente desconcertante. Pronto podríamos entender qué es lo que hace vibrar a nuestro universo.

Consulta más información sobre este y otros temas en el canal Opinión

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