Tras el Big Bang casi todo debería haber desaparecido; físicos intentan resolver el misterio de nuestra existencia.

Los físicos intentaron averiguar por qué, tras el Big Bang, la materia se conservó en el universo, aunque la mayor parte de ella debería haber desaparecido al encontrarse con antimateria. Los científicos de la colaboración LHCb en el Gran Colisionador de Hadrones compararon desintegraciones de partículas y antipartículas con la esperanza de encontrar diferencias desconocidas en su comportamiento. Hallaron una pequeña diferencia, pero no pudieron obtener pruebas de nueva física.

Los investigadores estudiaron las desintegraciones de partículas de vida corta llamadas mesones B, con datos recogidos entre 2016 y 2018. La diferencia entre partículas y antipartículas fue de aproximadamente uno o dos casos por cada mil desintegraciones. Sin embargo, la incertidumbre de las medidas resultó mayor que la desviación observada, por lo que el resultado no contradice las leyes físicas conocidas.

El enigma se remonta a los primeros instantes del universo. Según las teorías actuales, tras el Big Bang se formaron cantidades aproximadamente iguales de materia y antimateria. Cuando una partícula encuentra su antipartícula, ambas desaparecen convirtiéndose en energía. Los físicos llaman a ese proceso aniquilación. Si hubiera cantidades iguales de ambos tipos, tras la aniquilación mutua casi nada quedaría. Pero las estrellas, los planetas y todo lo que nos rodea existen, por lo que en el universo primitivo, por alguna razón, quedó un exceso de materia ordinaria.

Los científicos saben desde hace tiempo que las partículas y las antipartículas no siempre se comportan igual. A veces la probabilidad de que se desintegren difiere, aunque bajo una reflexión espacial y el intercambio de materia por antimateria las leyes físicas deberían permanecer iguales. La violación de ese principio se denomina violación de la simetría CP. Los físicos ya han observado efectos de este tipo, pero las diferencias conocidas son demasiado pequeñas para explicar a dónde desapareció casi toda la antimateria.

Por eso los investigadores buscan procesos que no encajan en el Modelo Estándar, la teoría que describe las partículas elementales y sus interacciones. Para este trabajo eligieron las desintegraciones de mesones B neutros, compuestos por un quark y un antiquark. En este caso la teoría predice un comportamiento idéntico de materia y antimateria. Si las medidas hubieran mostrado una diferencia convincente, los físicos habrían tenido que buscar partículas o interacciones aún desconocidas.

Los mesones elegidos tienen una propiedad inusual. La partícula puede convertirse en su antipartícula correspondiente y viceversa varios billones de veces por segundo. Gracias a esas transiciones rápidas, los científicos pueden comparar las desintegraciones sin determinar en qué estado apareció cada partícula tras la colisión de protones.

La principal dificultad fue la precisión del propio equipo. Las partículas con carga positiva y negativa se mueven por el campo magnético en trayectorias distintas, y el detector las registra con una eficiencia ligeramente diferente. El aparato puede mostrar una asimetría falsa incluso si las partículas y antipartículas se desintegran exactamente igual. Para excluir este error, los físicos usaron simulaciones por ordenador, mediciones adicionales y cambiaron periódicamente la dirección del campo magnético.

Tras todas las correcciones los investigadores no encontraron una desviación estadísticamente significativa respecto al Modelo Estándar. Con la precisión alcanzada, el experimento habría detectado con casi total seguridad un proceso desconocido que causara una diferencia superior al 2% en las desintegraciones estudiadas. Por lo tanto, si la nueva física se manifiesta aquí, su efecto debe ser aún más débil.

Los físicos continuarán la búsqueda con la ayuda del detector LHCb mejorado, que ya ha recopilado más datos. Mediciones adicionales permitirán detectar diferencias que el equipo anterior no podía observar. Por ahora, la pregunta principal sigue sin respuesta: por qué en los primeros instantes del universo la materia obtuvo una ventaja que permitió la aparición de estrellas, planetas y vida.