La part¨ªcula que decidi¨® la batalla entre la materia y la antimateria

En la historia del universo hay tres misterios estelares. Viajando hacia atr¨¢s en el tiempo, el m¨¢s reciente es la emergencia de la conciencia humana. El segundo, la aparici¨®n de la vida a partir de elementos inertes, y el tercero, el gran estallido que lo origin¨® todo. En los tres casos est¨¢ lejos de conocerse c¨®mo se produjo la transici¨®n entre lo anterior y lo presente. ?Qu¨¦ hab¨ªa antes del Big Bang??C¨®mo aparecieron trozos de materia capaces de reproducirse? ?Cu¨¢ndo empezaron los simios a fusionar sus cerebros para crear el lenguaje, la religi¨®n o la ciencia?

Por abrumadora que parezca la conquista de esas fortalezas inexpugnables para el intelecto, los cient¨ªficos siguen buscando formas de acercarse. Y lo hacen con herramientas fascinantes y desvelando por el camino otros intrincados enigmas.

Una de esas inc¨®gnitas en las inmediaciones de un gran misterio es lo que sucedi¨® justo despu¨¦s del Big Bang. Las teor¨ªas m¨¢s aceptadas plantean que cuando el punto infinitamente peque?o y denso del que surgi¨® el universo comenz¨® a inflarse todo lo que apareci¨® fue energ¨ªa. Esa energ¨ªa se convirti¨® despu¨¦s en materia y en antimateria, dos tipos de part¨ªcula id¨¦nticos pero con carga el¨¦ctrica opuesta. Cada vez que uno de esos bloques de materia primigenia se tocaba con su opuesto se desintegraba dejando tras de s¨ª un rastro de radiaci¨®n. Si el equilibrio se hubiese mantenido, el cosmos ser¨ªa un desierto radiactivo muy distinto del que hoy conocemos.

Si el equilibrio se hubiese mantenido, el cosmos ser¨ªa un desierto radiactivo muy distinto del que hoy conocemos

Sin embargo, como resulta evidente a nuestro alrededor, no fue as¨ª. El cosmos est¨¢ compuesto de estrellas, planetas y todo tipo de objetos hechos de lo que llamamos materia. Para llegar a esta situaci¨®n tan conveniente para nosotros, algo debi¨® suceder durante los instantes posteriores a la gran inflaci¨®n que rompiese el equilibrio de partida. Es lo que en f¨ªsica se llama violaci¨®n de la simetr¨ªa de carga y paridad (CP). Esta simetr¨ªa indica que las leyes de la f¨ªsica deber¨ªan ser iguales si se ven al rev¨¦s en un espejo (paridad) y con toda la materia intercambiada con antimateria (carga).

Uno de los elementos que pudo ser clave en ese desequilibrio es el neutrino. Esta part¨ªcula fue propuesta a finales de la d¨¦cada de 1920 por el f¨ªsico Wolfgang Pauli, que la necesit¨® para explicar la desaparici¨®n de cierta cantidad de energ¨ªa cuando se desintegraban algunos n¨²cleos at¨®micos. Para salvar el principio de conservaci¨®n de energ¨ªa, Pauli previ¨® que deb¨ªa existir una part¨ªcula sin carga el¨¦ctrica, con una masa ¨ªnfima y que casi no interaccionar¨ªa con la materia. Veintis¨¦is a?os despu¨¦s, Frederik Reines y Clyde Cowan, junto a un reactor nuclear, detectaron por primera vez un neutrino.

Desde hace a?os, los cient¨ªficos se preguntan si fue esta part¨ªcula fantasmag¨®rica la que decant¨® el enfrentamiento entre la materia y la antimateria. Como descubrieron los ganadores del Nobel de F¨ªsica de 2015, el japon¨¦s Takaaki Kajita y el canadiense Arthur McDonald, los neutrinos oscilan, cambiando de sabor, y transmut¨¢ndose en una de las tres especies de neutrino que se conocen. Por lo que se refiere a la violaci¨®n de la simetr¨ªa de la materia tras el Big Bang, el inter¨¦s se centra en la diferencia en las probabilidades de oscilaci¨®n de neutrinos y antineutrinos.

En Jap¨®n, un grupo internacional de cient¨ªficos est¨¢ tratando de medir la distinta probabilidad de que aparezcan neutrinos o antineutrinos con el experimento T2K, por las siglas de de Tokai a Kamioka, los dos puntos entre los que viajan los neutrinos. El experimento produce un haz de neutrinos mu¨®nicos (una de las tres clases que se conocen) en el acelerador Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC) ubicado en el pueblo de Tokai, en la costa oriental de Jap¨®n. El haz de neutrinos se crea haciendo colisionar protones en el acelerador J-PARC sobre un blanco cil¨ªndrico que a su vez produce un intenso haz de part¨ªculas secundarias que se enfoca y filtra mediante lentes magn¨¦ticas. ?ste haz de part¨ªculas se desintegra creando un intenso flujo de neutrinos o antineutrinos, dependiendo del filtrado realizado por las lentes magn¨¦ticas. El haz neutrinos o antineutrinos se monitoriza a 280 metros del punto de producci¨®n y se dirige hacia el gigantesco detector subterr¨¢neo Super-Kamiokande situado en Kamioka, cerca de la costa oeste de Jap¨®n, a 295 kil¨®metros de distancia de Tokai. Durante el viaje, una fracci¨®n de los neutrinos mu¨®nicos oscila y se convierte en neutrinos electr¨®nicos o neutrinos tau.

Los ¨²ltimos datos recogidos por T2K sugieren que, como se sospechaba, los neutrinos pudieron desempe?ar un papel clave en la batalla entre materia y antimateria. La aparici¨®n de neutrinos electr¨®nicos es significativamente mayor de la que se esperar¨ªa si se conservara la simetr¨ªa. En contraste, el conjunto de datos de antineutrinos, aunque todav¨ªa demasiado peque?o para hacer afirmaciones contundentes, muestra una menor aparici¨®n de antineutrinos electr¨®nicos que la esperada si se conservase la simetr¨ªa. T2K observa 89 neutrinos electr¨®nicos mientras que se esperan aproximadamente 67, y 7 antineutrinos de electrones cuando se esperan aproximadamente 9.

Por abrumadora que parezca la conquista de esas fortalezas inexpugnables para el intelecto, los cient¨ªficos siguen buscando formas de acercarse

Federico S¨¢nchez, investigador del Instituto de F¨ªsica de Altas Energ¨ªas (IFAE) de Barcelona y miembro de la colaboraci¨®n T2K, explica que sus datos indican ¡°que se est¨¢ violando CP¡±, pero matiza que la probabilidad es del 95%, algo insuficiente para que un f¨ªsico pueda afirmar con rotundidad que algo es cierto. ¡°Vamos a seguir tomando medidas hasta 2026 para decir con m¨¢s seguridad que la violaci¨®n de CP no es cero y a partir de ah¨ª ver la medida exacta¡±, contin¨²a.

Aunque los resultados muestren finalmente ese comportamiento distinto entre neutrinos y antineutrinos, S¨¢nchez explica que se necesitar¨¢n nuevos modelos te¨®ricos y m¨¢s mecanismos para explicar completamente c¨®mo se rompi¨® la simetr¨ªa inicial tras el Big Bang. Las aproximaciones a las grandes verdades nunca son ni f¨¢ciles ni r¨¢pidas.