El universo consiste en un desequilibrio masivo entre materia y antimateria. La antimateria y la materia son en realidad lo mismo, pero tienen cargas opuestas, pero casi no hay antimateria en el universo observable, incluyendo las estrellas y otras galaxias. En teoria, debe haber grandes cantidades de antimateria, pero el universo observable es principalmente materia

"Estamos aquí porque hay más materia que antimateria en el universo, ", dice el profesor Jens Oluf Andersen del Departamento de Física de la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología (NTNU). Este gran desequilibrio entre materia y antimateria es todo materia tangible, incluyendo formas de vida, existe pero los científicos no entienden por qué.

La física utiliza un modelo estándar para explicar y comprender cómo está conectado el mundo. El modelo estándar es una teoría que describe todas las partículas con las que están familiarizados los científicos. Tiene en cuenta los quarks, electrones, la partícula del bosón de Higgs y cómo interactúan entre sí. Pero el modelo estándar no puede explicar el hecho de que el mundo se compone casi exclusivamente de materia. Entonces debe haber algo que aún no entendemos.

Cuando la antimateria y la materia se encuentran, aniquilan, y el resultado es ligero y nada más. Dadas cantidades iguales de materia y antimateria, nada quedaría una vez que se completara la reacción. Mientras no sepamos por qué existe más materia, no podemos saber por qué existen los componentes básicos de cualquier otra cosa, cualquiera. "Este es uno de los mayores problemas sin resolver de la física, "dice Andersen.

Los investigadores llaman a esto el problema de la "asimetría bariónica". Los bariones son partículas subatómicas, incluyendo protones y neutrones. Todos los bariones tienen un antibiótico correspondiente, que es misteriosamente raro. El modelo estándar de física explica varios aspectos de las fuerzas de la naturaleza. Explica cómo los átomos se convierten en moléculas, y explica las partículas que forman los átomos.

"El modelo estándar de física incluye todas las partículas que conocemos. La partícula más nueva, el bosón de Higgs, fue descubierto en 2012 en el CERN, dice Andersen. Con este descubrimiento, una pieza importante cayó en su lugar. Pero no el final. El modelo estándar funciona perfectamente para explicar grandes partes del universo, por lo que los investigadores están intrigados cuando algo no encaja. La asimetría bariónica pertenece a esta categoría.

Los físicos tienen sus teorías sobre por qué hay más materia, y por eso es innegable que existimos. "Una teoría es que ha sido así desde el Big Bang, "dice Andersen. En otras palabras, el desequilibrio entre materia y antimateria es una condición previa básica que ha existido más o menos desde el principio.

Los quarks se encuentran entre los bloques de construcción más pequeños de la naturaleza. Un excedente temprano de quarks en relación con antiquarks se propagó a medida que se formaban unidades más grandes. Pero a Andersen no le importa esta explicación. "Todavía no estamos contentos con esa idea, porque no nos dice mucho, " él dice.

Entonces, ¿por qué estuvo presente este desequilibrio desde el principio? ¿Por qué los quarks inicialmente superaron en número a los antiquarks? "En principio, es posible generar asimetría dentro del modelo estándar de física, es decir, la diferencia entre la cantidad de materia y antimateria. Pero nos encontramos con dos problemas, "dice Andersen.

En primer lugar, los científicos tienen que retroceder en el tiempo, hasta justo después del Big Bang, cuando todo comenzó; estamos hablando de 10 picosegundos, o 10 ^-11 segundos después del Big Bang.

El segundo problema es que las temperaturas deben rondar el billón de grados Kelvin, o 10 ¹⁵ grados. Eso es abrasador, considere que la superficie del sol está a sólo 5700 grados. A pesar de todo, no es suficiente para explicar la materia bariónica. "No puede funcionar. En el modelo estándar, no tenemos suficiente materia, "Dice Andersen." El problema es que el salto en el valor esperado del campo de Higgs es demasiado pequeño, ", añade en beneficio de aquellos con un mínimo de conocimientos de física.

"Probablemente no sea solo nuestra imaginación la que impone límites, pero existen muchas posibilidades, ", dice Andersen. Por lo tanto, estas posibilidades deben funcionar junto con el modelo estándar." Lo que realmente estamos buscando es una extensión del modelo estándar. Algo que encaja en él ".

Ni él ni otros físicos dudan de que el modelo estándar sea correcto. El modelo se prueba continuamente en el CERN y otros aceleradores de partículas. Es solo que el modelo aún no está completo. Andersen y sus colegas están investigando varias posibilidades para que el modelo encaje con el desequilibrio entre materia y antimateria. Los últimos resultados se publicaron recientemente en Cartas de revisión física .

"Realmente, estamos hablando de transiciones de fase, "dice Andersen. Su grupo está considerando procesos de cambio en la materia, como el agua que se convierte en vapor o hielo bajo condiciones cambiantes. También están considerando si la materia surgió como resultado de una transición de fase electrodébil (EWPT) y formó un excedente de bariones justo después del Big Bang. La transición de fase electrodébil se produce por la formación de burbujas. La nueva fase se expande, un poco como burbujas de agua, y se apodera de todo el universo.

Andersen y sus colegas probaron el llamado modelo de "dos dobletes de Higgs" (2HDM), una de las extensiones más simples del modelo estándar. Buscaron posibles áreas donde se presenten las condiciones adecuadas para crear materia. "Existen varios escenarios de cómo se creó la asimetría bariónica. Estudiamos la transición de fase electrodébil utilizando el modelo 2HDM. Esta transición de fase tiene lugar en la etapa temprana de nuestro universo, "dice Andersen.

El proceso es comparable al agua hirviendo. Cuando el agua alcanza los 100 grados Celsius, Se forman y suben burbujas de gas. Estas burbujas de gas contienen vapor de agua, que es la fase gaseosa. El agua es un líquido. Cuando pasa de la fase gaseosa a la fase líquida en el universo temprano durante un proceso en el que el universo se expande y se enfría, se produce un excedente de quarks en comparación con antiquarks, generando la asimetría bariónica.

Por último, si bien no menos importante, los investigadores también están haciendo matemáticas. Para que los modelos funcionen en sincronía, los parámetros o valores numéricos deben ajustarse para que ambos modelos sean correctos al mismo tiempo. Así que el trabajo consiste en encontrar estos parámetros. En el artículo más reciente de Cartas de revisión física , Andersen y sus colegas delimitaron el área matemática en la que se puede crear materia y al mismo tiempo corresponder a ambos modelos. Ahora han reducido las posibilidades.

"Para que el nuevo modelo (2HDM) coincida con lo que ya sabemos del CERN, por ejemplo, los parámetros del modelo no pueden ser cualquier cosa. Por otra parte, para poder producir suficiente asimetría bariónica, los parámetros también deben estar dentro de un rango determinado. Por eso estamos tratando de reducir el rango de parámetros. Pero aún queda un largo camino por recorrer "dice Andersen. En cualquier caso, los investigadores han avanzado un poco en el camino para comprender por qué nosotros y todo lo demás estamos aquí.