¿Por qué existe el universo en lugar de haberse aniquilado poco después de su nacimiento? Esta pregunta fundamental en la física encuentra una nueva luz gracias a una colaboración sin precedentes entre dos grandes experimentos científicos.
Los neutrinos, estas partículas fantasmales que atraviesan la materia casi sin interactuar, podrían guardar la clave de este enigma. Su estudio preciso permite explorar por qué la materia sobrevivió a la antimateria durante los primeros instantes cósmicos.
Interior del detector Super-Kamiokande.
Crédito: Kamioka Observatory, ICRR (Institute for Cosmic Ray Research), The University of Tokyo
Por primera vez, los experimentos T2K en Japón y NOvA en Estados Unidos han unido sus datos. Producen haces de neutrinos enviados hacia detectores cercanos y lejanos, a lo largo de cientos de kilómetros. Este método permite observar cómo estas partículas cambian de tipo al viajar, un fenómeno llamado oscilación (ver más abajo).
Los resultados combinados, publicados en
Nature, ofrecen medidas muy precisas de este comportamiento. Ayudan a determinar el orden de las masas de los neutrinos, es decir, qué tipos son los más ligeros. Esta información influye en la posibilidad de una violación de la simetría entre materia y antimateria (explicación al final del artículo).
Si los neutrinos y los antineutrinos se comportan de manera diferente, eso podría explicar el desequilibrio observado en el universo. A pesar de grandes avances, los datos actuales aún no permiten decidir de manera significativa. Este estudio representa un esfuerzo global que involucra a cientos de investigadores de numerosos países.
Los experimentos continúan recolectando datos para refinar los análisis futuros.
La oscilación de los neutrinos
Los neutrinos existen en tres formas, o sabores: electrónico, muónico y tauónico. Durante su desplazamiento, pueden pasar espontáneamente de un sabor a otro. Este fenómeno, denominado oscilación, depende de sus masas y de las distancias recorridas.
La oscilación ocurre porque cada sabor es una mezcla de tres estados de masa distintos. Estos estados evolucionan de manera diferente en el espacio, lo que provoca cambios periódicos en el sabor detectado. Es como si un color cambiara a otro en función del camino seguido.
Los experimentos como T2K y NOvA miden estas oscilaciones enviando haces de neutrinos a largas distancias. Al comparar los sabores al inicio y a la llegada, los físicos pueden deducir parámetros clave, como las diferencias de masa entre los estados.
Esta comprensión es esencial para explorar cuestiones más amplias, como la asimetría entre materia y antimateria. La oscilación de los neutrinos representa así una ventana a procesos fundamentales que dieron forma al universo.
La simetría CP y su papel cósmico
La simetría CP es un principio de la física de partículas que postula que las leyes deberían ser idénticas para la materia y la antimateria después de la inversión de la carga y de la paridad. En otras palabras, un proceso y su imagen especular con antipartículas deberían ocurrir con la misma probabilidad.
Si esta simetría se viola, significa que la materia y la antimateria no se comportan exactamente de la misma manera. Tales violaciones ya se han observado en otras partículas, pero son demasiado débiles para explicar la predominancia de la materia en el universo observable.
Los neutrinos ofrecen un terreno prometedor para detectar una violación de la simetría CP más significativa. Si las oscilaciones de los neutrinos y los antineutrinos difieren, esto indicaría una asimetría que podría haber influido en la evolución cósmica temprana.
La investigación actual tiene como objetivo medir con precisión estas diferencias de comportamiento. Los resultados podrían ayudar a comprender por qué el universo contiene hoy principalmente materia, permitiendo la existencia de galaxias, estrellas y vida.
Fuente: Nature