Un hallazgo en el CERN abre nuevas vías para explicar el dominio de la materia en el universo

Los modelos cosmológicos apuntan a que, en el instante del Big Bang, se generaron cantidades equivalentes de materia y antimateria. Sin embargo, en el universo actual predomina claramente la materia. Un nuevo avance experimental ofrece nuevas claves para tratar de desentrañar esta aparente contradicción fundamental.

En las instalaciones del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN), donde se encuentra el experimento LHCb –uno de los cuatro principales del Gran Colisionador de Hadrones– se han detectado diferencias significativas entre el comportamiento de materia y antimateria. Los resultados, que acaban de ser publicados en la revista Nature, revelan una asimetría observable en bariones, partículas subatómicas a las que pertenecen protones y neutrones, y que constituyen la base de toda la materia visible del cosmos.

La colaboración LHCb, que agrupa a más de 1.800 científicos de 24 países –entre ellos un notable grupo de investigadores españoles–, considera que este hallazgo representa un hito en el estudio de las diferencias sutiles pero fundamentales entre materia y antimateria. Según explicó a la agencia Efe María Vieites, coordinadora adjunta de física del LHCb e investigadora del Instituto Gallego de Física de Altas Energías (Universidad de Santiago de Compostela), en los primeros momentos tras el Big Bang ambas formas de materia coexistían en equilibrio. Un equilibrio que, de haberse mantenido, habría impedido la formación del universo tal como lo conocemos.

«El Modelo Estándar de Física de Partículas predice que hay algunas diferencias entre materia y antimateria», explicó Vieites. «Si no las hubiese, no podíamos explicar por qué estamos aquí». No obstante, matizó que la asimetría prevista por la teoría es demasiado débil como para justificar la actual preeminencia de la materia.

La asimetría ahora observada corresponde a lo que los físicos denominan violación de la simetría carga-paridad (CP). Este principio establece que el comportamiento de las partículas debería ser idéntico si se intercambian con sus respectivas antipartículas y se invierten sus coordenadas espaciales. La violación de esta simetría sugiere, por tanto, que materia y antimateria no responden de la misma manera a las leyes físicas.

Este fenómeno ya había sido registrado en mesones –partículas formadas por un quark y un antiquark– desde la década de los sesenta. Sin embargo, en el caso de los bariones –constituidos por tres quarks– apenas se habían detectado indicios débiles hasta la fecha. El resultado del experimento LHCb representa, por tanto, la primera evidencia experimental concluyente de este fenómeno en dichas partículas.

Este descubrimiento, aseguran los científicos, abre una nueva vía para profundizar en la estructura del Modelo Estándar y avanzar hacia una comprensión más completa del universo. Aunque el efecto CP por sí solo no basta para explicar la supremacía de la materia, su medición precisa constituye una pieza crucial del rompecabezas.

«Es una teoría muy eficiente pero sabemos que está incompleta», apuntó Vieites. El hallazgo no solo proporciona pistas sobre los primeros instantes del universo, sino que también pone a prueba los límites del actual paradigma teórico, ofreciendo un terreno fértil para futuras investigaciones que podrían ir más allá del Modelo Estándar.

Uno de los grandes méritos de este trabajo, destacó la física gallega, reside en la sofisticación de las mediciones y en la capacidad de análisis del experimento. «La diferencia entre materia y antimateria en los bariones es tan pequeña que hay que medir con una gran precisión, ese es el quid de la cuestión», explicó.

Para llegar a esta conclusión se analizaron millones de datos recogidos entre 2011 y 2018, de los cuales se seleccionaron finalmente alrededor de 80.000 eventos. El experimento LHCb, empleado para este estudio, cuenta con unas dimensiones que equivalen al volumen de un edificio de dos plantas, con 20 metros de largo, seis de alto y ocho de ancho.