¿Por qué hay más materia que antimateria?

Pensamos que es debido violaciones de la simetría CP.

En el marco de la Inflación cosmológica, la materia y la antimateria aparecen en el universo como consecuencia del "reheating" (recalentamiento), que transforma la energía potencial del campo del inflatón en partículas, una vez la inflación ha finalizado su etapa cosmológica.

Ref: The Origin of Matter in the Universe - Lev Kofman (https://cds.cern.ch/record/303943/files/9605155.pdf)

En ese escenario se crean tantas partículas de materia como de antimateria. Así que, de aniquilarse unas con otras, no habría sobrevivido ninguna y el universo observable sería ahora un lugar vacío de materia, y lleno de radiación, (aburrido) diluyéndose paulatinamente por la expansión. Y si uno mira por la ventana ahora mismo, se percata de que no es así: hay "cosas" en el universo, aparte de radiación, (que además no es el elemento dominante en el universo actual).

Entonces tuvo que existir algún mecanismo para que se diese el desequilibrio que observamos, de forma que cuando se aniquiló la materia con la antimateria, hubo un exceso de 1 partícula de materia por cada 10.000 millones de parejas partícula-antipartícula que se aniquilaron. Ese exceso que sobrevivió es lo que constituye el universo bariónico que observamos hoy en día: ese exiguo 4,8% que forma planetas, estrellas, galaxias, etc.

La simetría CP es una combinación de las simetrias C y P.

• La simetría C afirma que las leyes de la física son las mismas si se intercambian las cargas de las partículas por sus opuestos. Por tanto los procesos bajo esas leyes deberían ser equivalentes: simétricos.
• La simetría P afirma lo mismo que la anterior, cuando la transformación que operamos es "especular", es decir, cambiamos todas las componentes por su "reflejo en el espejo". La física no cambia, y los procesos tampoco. Es decir, que si esto se cumple, si hay simetría, sería como afirmar que la naturaleza no tiene preferencia por un proceso de los equivalentes sobre los demás. No tiene "favoritismos".

Pues resulta que sí, que no da lo mismo, y hay procesos en los que aparece un sesgo que provoca el desequilibrio. Esos procesos constituyen las violaciones de la simetría CP que citábamos al principio.

Las primeras partículas del universo eran muy masivas. Dada la alta densidad de energía podían formarse sin dificultad, igual que cuando reproducimos esas condiciones en los aceleradores de partículas o cuando se dan fenómenos de altas energías en la naturaleza. A medida que el nivel de energía bajó, las partículas masivas se hacen inestables y deviene una cascada de desintegraciones que en etapas les llevan a ser reemplazadas por partículas como las que nos son más familiares, de menor energía y mayor estabilidad.

Pues bien, resulta que algunas de esas desintegraciones violan la simetría CP, especialmente las que involucran a la fuerza nuclear débil.

Así, en 1964 los equipos de J. Cronin y V. Fitch encontraron evidencias de que la desintegración de los mesones K, en la que un mesón K se convierte en su antipartícula o viceversa, no ocurrían con la misma probabilidad.

Posteriormente se han ido encontrando otros procesos semejantes en los dominios de la teoría electrodébil, pero aun no se han logrado en los demás sectores.

Es por eso que el problema aún no se ha resuelto: tenemos que encontrar y caracterizar otros procesos que hagan lo mismo en los otros sectores (con las otras interacciones y partículas), y buscar procesos más eficientes en el sector electrodébil para poder dar cuenta satisfactoriamente de la cantidad total de partículas que sobrevivieron a la aniquilación. Porque con la parte del puzle que conocemos de momento, no nos llega para explicar la asimetría ni en calidad (todos los grupos de partículas) ni en la cantidad (no hubiera sobrevivido tanta materia, sino menos, ergo nos faltan mecanismos que contribuyen al resultado que observamos).

Esta es la hipótesis con que se trabaja intensamente hoy en día, y aunque es temprano para dar por hecho que esta será la respuesta más acertada al problema de la asimetría materia-antimateria, lo cierto es que está dando buenos resultados. Regularmente tenemos conocimiento de nuevos avances que resultan coherentes con la idea marco, y se van recopilando a buen ritmo datos que permiten profundizar en la hipótesis, y mejorar los experimentos.

Así que "el rumor general" de la comunidad es que, aunque hay mucho por hacer, por este camino no vamos desencaminados.

Un saludo.