El nuevo hallazgo que pone a la ciencia más cerca develar el misterio de cómo la materia formó al Universo

El CERN detectó por primera vez una violación de simetría carga-paridad en bariones, lo que podría explicar el origen de la asimetría entre materia y antimateria (CERN)

En un avance que podría cambiar nuestra comprensión del universo, cuyos resultados fueron publicados en la revista Nature, científicos de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) han logrado observar por primera vez una violación de la simetría entre materia y antimateria en las partículas fundamentales que componen la materia del universo, los bariones.

Este hallazgo, fruto del experimento LHCb realizado en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), representa un paso crucial para entender por qué el universo no se destruyó tras el Big Bang, cuando materia y antimateria se formaron en cantidades iguales.

La pregunta de por qué existe más materia que antimateria en el universo ha desconcertado a los científicos durante décadas. Según los principios de la física, ambos deberían haberse aniquilado mutuamente, dejando únicamente radiación y sin materia. Sin embargo, un pequeño exceso de materia permitió que se formara todo lo que conocemos: las estrellas, planetas, galaxias e incluso nosotros mismos.

Ilustración de la violación de simetría entre materia y antimateria en bariones (CERN)

La detección de una asimetría en los bariones, partículas compuestas por tres quarks, ha sido el primer paso hacia la resolución de este enigma. Hasta este descubrimiento, se había observado esta asimetría solo en partículas llamadas mesones, que están formadas por dos quarks.

El trabajo del equipo del CERN no solo es significativo por su naturaleza histórica, sino que también abre la puerta a una nueva física más allá del Modelo Estándar, que hasta ahora no había logrado explicar completamente esta diferencia entre materia y antimateria.

Nuria Rius, directora del Instituto de Física Corpuscular de la Universitat de Valencia, España, destacó: “Es un resultado pionero que confirma nuestra teoría sobre las leyes fundamentales de la naturaleza. Puede ayudarnos a desvelar una nueva física y a comprender el desequilibrio global entre materia y antimateria del universo”.

Científicos del CERN observan por primera vez una asimetría en la desintegración de bariones, las partículas que componen la mayor parte de la materia del universo (CERN)

A lo largo de la historia, los científicos han buscado entender por qué el universo no se destruyó al principio, cuando materia y antimateria se formaron en proporciones iguales. La teoría inicial, planteada por el físico Andréi Sájarov en 1967, sugiere que la violación de la simetría CP (carga-paridad) fue la clave para que la materia prevaleciera sobre la antimateria. Según Sájarov, si existiera una pequeña diferencia en cómo interactúan los bariones y los antibariones, esa asimetría permitiría que sobreviviera una pequeña cantidad de materia, lo que finalmente formaría el universo tal como lo conocemos.

El hallazgo realizado por el equipo del CERN, que consistió en observar una asimetría del 2,45% en la desintegración de los bariones, respalda la teoría de Sájarov. María Vieites, coordinadora adjunta del experimento, explicó que el proceso fue complejo debido a la rareza de los eventos observados. La diferencia en comportamiento entre los bariones y antibariones, que en algunos casos superó el 5%, fue detectada en más de 80.000 desintegraciones de bariones recopiladas desde 2011.

Este resultado no solo confirma un fenómeno predicho por la teoría, sino que también introduce una nueva dimensión en la búsqueda de respuestas sobre el origen del universo. Javier Fernández, profesor de la Universidad de Oviedo, afirmó: “Entender por qué estamos hechos de materia y no de antimateria (protones positivos en lugar de antiprotones negativos, por ejemplo) es una de las piezas clave en el entendimiento de nuestro universo”.

El LHC del CERN realizó experimentos que revelaron una diferencia en el comportamiento de bariones y antibariones, abriendo nuevas vías para la investigación de la física (CERN)

La importancia de este descubrimiento no solo radica en la confirmación de la asimetría entre materia y antimateria, sino que también abre la puerta a la posibilidad de que existan otros efectos más allá del Modelo Estándar de física. Aunque este modelo ha sido una base sólida durante décadas, su capacidad para explicar fenómenos complejos como la asimetría materia-antimateria sigue siendo insuficiente.

Pilar Hernández, catedrática de Física Teórica de la Universitat de Valencia, explicó que “contrastar el resultado experimental con la teoría es fundamental para establecer si hay o no efectos más allá del Modelo Estándar que puedan estar contribuyendo a este proceso”.

El Modelo Estándar predice una cierta cantidad de violación de simetría CP, pero la asimetría observada en los bariones supera lo que este modelo puede explicar. Este desequilibrio sugiere que existen fenómenos desconocidos que podrían estar involucrados. Los físicos del CERN consideran que el hallazgo puede estar relacionado con partículas aún no descubiertas, como las responsables de la materia oscura, que constituye aproximadamente el 27% del universo, o la energía oscura, que representa el 68%.

Científicos del CERN confirman que la violación de la simetría CP podría ser clave para explicar el desequilibrio entre materia y antimateria, uno de los mayores misterios cósmicos (CERN - REUTERS/Pierre Albouy

El experimento también ha puesto de manifiesto que la violación de la simetría CP en los bariones podría ser una manifestación de una “nueva física”, un campo aún por explorar. Nuria Rius destacó que este descubrimiento “abre la puerta a la posibilidad de que otras partículas aún no observadas sean las responsables de fenómenos como la materia oscura”.

A medida que el equipo del LHCb analiza más datos y continúa con sus experimentos, los científicos están trabajando para aumentar la capacidad de detección de nuevas partículas. El Gran Colisionador de Hadrones se someterá a una reforma importante que multiplicará la cantidad de colisiones protones-protones y, con ello, aumentará las probabilidades de detectar nuevas señales de asimetría o incluso partículas que puedan explicar la materia oscura.

Este hallazgo no solo proporciona una nueva perspectiva para comprender el origen de la asimetría cósmica, sino que también abre una nueva etapa tanto teórica como experimental en la exploración del universo a nivel subatómico. Si la violación de simetría observada en los bariones es solo una pieza del rompecabezas, los próximos experimentos podrían arrojar aún más información sobre cómo se formó el universo y qué lo impulsa.

La asimetría entre materia y antimateria observada en los bariones abre la puerta a nuevos descubrimientos sobre el origen del universo y la física subatómica (Reidar Hahn/Fermilab via AP)

A pesar de que los resultados aún se consideran compatibles con el Modelo Estándar, los físicos están convencidos de que este descubrimiento está abriendo las puertas a nuevas y emocionantes posibilidades. A medida que los experimentos continúan, la búsqueda por una comprensión más profunda del universo sigue adelante.

Este avance, aunque solo un paso en un largo proceso, podría tener implicaciones mucho más allá de la física de partículas, ya que proporciona nuevas claves para entender la materia oscura, la energía oscura y la esencia misma de la materia que forma todo lo que conocemos.

En última instancia, este descubrimiento subraya el potencial del CERN y sus experimentos para arrojar luz sobre los aspectos más fundamentales de la física, llevando la ciencia un paso más cerca de resolver uno de los grandes misterios del universo: ¿por qué existe más materia que antimateria?

En el CERN, se observó una diferencia de comportamiento entre materia y antimateria en bariones, confirmando teorías fundamentales de la física subatómica (REUTERS/Denis Balibouse)

El CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear) es una de las instituciones científicas más importantes y avanzadas del mundo. Fundado en 1954 y con sede en Ginebra, Suiza, su misión principal es la investigación en física de partículas, un campo que se dedica al estudio de las partículas más pequeñas que componen la materia.

El CERN fue creado por un grupo de países europeos con el objetivo de promover la colaboración científica en el continente y avanzar en la comprensión de las leyes fundamentales de la naturaleza. Hoy en día, el CERN no solo se dedica a la investigación sobre física de partículas, sino que también ha jugado un papel clave en el desarrollo de tecnologías y avances científicos que han tenido un impacto mucho más allá del campo de la física.

El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) es el instrumento más conocido y revolucionario del CERN. Inaugurado en 2008, el LHC es el acelerador de partículas más grande y potente del mundo. Está ubicado en un túnel subterráneo de 27 kilómetros de largo que atraviesa la frontera entre Suiza y Francia. Su principal objetivo es acelerar partículas subatómicas, como protones y iones de plomo, a velocidades cercanas a la velocidad de la luz y luego hacerlas colisionar. Al hacerlo, los científicos pueden observar las interacciones entre estas partículas y estudiar las condiciones que existían en el universo durante los primeros momentos del Big Bang.

El equipo del CERN ha observado por primera vez que la materia y la antimateria no se comportan igual en bariones, un paso hacia la comprensión del universo (EFE/EPA/SALVATORE DI NOLFI)

El LHC fue diseñado para responder a algunas de las preguntas más fundamentales sobre el origen del universo y la naturaleza de la materia. Además de ser el laboratorio de física experimental más avanzado, el CERN también ha sido pionero en el desarrollo de tecnologías de vanguardia. Uno de sus logros más notables fue la invención de la World Wide Web (WWW) en 1989 por Tim Berners-Lee, quien estaba trabajando en el CERN como parte de un esfuerzo para mejorar la comunicación entre científicos a nivel mundial.

El CERN no solo se dedica a la investigación en el campo de la física, sino que también tiene una gran importancia en la cooperación internacional. Los experimentos realizados en el LHC involucran a miles de científicos e ingenieros de todo el mundo que colaboran en el análisis de datos y la construcción de nuevos detectores y tecnologías. Esta colaboración global ha permitido que el CERN sea un símbolo de la ciencia internacional y una plataforma para el intercambio de conocimiento y recursos.

Una de las principales áreas de estudio en el CERN es la física de partículas, en particular la investigación de partículas fundamentales como los quarks, los leptones y los bosones. Estas partículas son los componentes básicos de toda la materia en el universo. A través de los experimentos en el LHC, los científicos intentan desentrañar los misterios del universo subatómico y explicar cómo interactúan estas partículas en las condiciones extremas del espacio y el tiempo.