Un experimento arroja un poco de luz sobre el por qué la materia del universo no fue aniquilada sobre el

Los investigadores Chris Abel y Nick Ayres, coautores del trabajo, delante del aparato empleado para hacer las mediciones - Paul Scherrer Institute
Científicos han medido una propiedad del neutrón relacionada con esa pregunta con la máxima precisión hasta la fecha

Toda la naturaleza que conocemos, con sus árboles, supernovas y galaxias, está compuesta por 94 elementos químicos y un total, muy aproximado, de al menos 10^80 átomos (un uno seguido de 80 ceros). La existencia de todo esto es fascinante, pero resulta todavía más llamativo el hecho de saber que todo procede de una feliz casualidad cósmica: aquella que permitió que al comienzo del universo hubiera «un poquito» más de materia que de antimateria en la sopa primordial, según hipotetizan algunos científicos. Se especula que si no hubiera sido así las partículas de antimateria (idénticas a las de materia pero con carga opuesta) se habrían aniquilado con las de materia; en definitiva, por eso hay árboles compuestos de materia pero no de antimateria y ésta hoy solo puede encontrarse en algunas colisiones experimentales, previo pago de enormes cantidades de dinero.

Lógicamente, es muy difícil estudiar algo que no está. Pero no es imposible. Se puede hacer deducciones a partir de lo que sí vemos. Por ejemplo, algunas teorías que proponen la asimetría inicial de la antimateria y la materia en el universo concluyen que los neutrones (unos de los «ladrillos» de los núcleos de los átomos) tienen una propiedad, conocida como « momento dipolar eléctrico» (EDM), que implica que un «extremo» sea ligeramente negativo y otro ligeramente positivo, al menos hablando de forma sencilla. Medir algo en una partícula más pequeña que el núcleo de un átomo no es fácil. Pero ahora, un estudio publicado en « Physical Review Letters» ha logrado la media más precisa hasta la fecha de este EDM. Los resultados no han llevado a descartar las teorías que contemplan la asimetría inicial de materia y antimateria en el universo.

«El Modelo Estándar –el marco teórico que explica la realidad que conocemos en base a varias decenas de partículas y a cuatro interacciones– predice que los neutrones tienen un EDM que es un millón de veces más pequeño que el límite de nuestro experimento», ha explicado a ABC Philip Harris, director de la investigación y científico en la Universidad de Sussex (Reino Unido). «Sin embargo, cualquier valor más allá del Modelo Estándar predice un valor mayor para el EDM. Así que, si hubiéramos visto una señal, vendría de la "nueva Física" y no del modelo estándar».

Viaje a las profundidades del neutrón

No ha sido el caso, así que se puede decir que un nuevo experimento, hecho en los límites de nuestro conocimiento y de nuestros instrumentos, ha confirmado que el Modelo Estándar funciona. Esto es una buena noticia (aunque resulte aburrida para los científicos). Pero lo más interesante es que muestra que para encontrar esa nueva física que explica las cosas que no comprendemos, como por qué hay materia en el universo o qué es la materia oscura, hay que mirar donde no hemos mirado hasta ahora. Quizás hasta en los más profundo de un neutrón.
Interior del experimento donde se han medido las propiedades de los neutrones, atrapados en un campo magnético - Universidad de Sussex

Hacerlo no es tan fácil como decirlo. El trabajo necesario puede llevar décadas. «Aunque los neutrones tienen carga neutra, las cargas positivas y negativas de su interior no están centradas exactamente en el mismo sitio», ha dicho Harris, para explicar el planteamiento de su trabajo, centrado en medir una «distancia» mínima, más allá de la comprensión.

«Si las cargas fueran la carga estándar del electrón, entonces la separación sería de menos de 1,8x10^-26 centímetros, es decir, dos centímetros dividido entre 100 millones de millones de millones de millones». Para hacerse una idea de lo que significan estas dimensiones es buena idea compararlas con la Tierra: si se ampliase un neutrón hasta que tuviera el tamaño de nuestro planeta, la distorsión medida por los científicos tendría una décima del grosor de un cabello humano.

Desde los años cincuenta se han hecho decenas de experimentos para medir este « momento dipolar eléctrico» y las nimias separaciones que existen en esta partícula subatómica, y cada vez se ha hecho con mayor precisión. Así, con el tiempo, un número inmenso de teorías científicas han ido cayendo en la papelera y los «teóricos han tratado de crear nuevas ideas con las que explicar el origen de toda la materia en el universo», según Harris.
Un balón del tamaño del universo

En esta ocasión, los investigadores han sentado un nuevo límite máximo de sensibilidad para medir esta magnitud. «Nuestro experimento fue capaz de medir esto con tanto detalle y que si esta asimetría –de momento dipolar– pudiera ampliarse hasta el tamaño de un balón de fútbol, un balón de fútbol agigantado en la misma proporción rellenaría el universo observable», ha dicho.

El experimento requirió producir unos neutrones muy dóciles, estables y que se mueven muy despacio, los llamados neutrones ultrafríos, en las instalaciones especiales del Instituto Paul Scherrer, en Suiza. También fue necesario crear un campo magnético de una precisión extrema, manteniéndolo en funcionamiento durante dos años, para poder medir con una precisión sin precedentes las propiedades del neutrón. Tango que hizo falta tener en cuenta el paso de un camión por los alrededores del edificio para no obtener mediciones erróneas.
Cada 300 segundos, una fuente lanzó pequeños «ejércitos» de 10.000 neutrones hasta los sensores. Éstos quedaron atrapados por un campo magnético durante un tiempo prolongado para poder ser medidos. Finalmente, esta operación se repitió unas 50.000 veces. Todo en nombre de esa búsqueda de la nueva física que hace falta para comprender lo que hoy es todavía incomprensible.

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