El CERN detecta por primera vez asimetría materia-antimateria en bariones

Hace sesenta años, dos físicos observaron algo que debería ser imposible: la materia y la antimateria no se comportaban de manera idéntica. T. Lee y C. Yang ganaron el Premio Nobel por descubrir esta asimetría, esta pequeña grieta en la simetría del universo que explicaba por qué existimos. Ahora, un equipo internacional de alrededor de mil seiscientos científicos ha visto ese mismo fenómeno en un tipo de partícula completamente diferente, y el hallazgo podría reescribir lo que entendemos sobre los orígenes del cosmos.

La pregunta fundamental es antigua: ¿por qué hay algo en lugar de nada? Según la teoría cosmológica, el Big Bang debería haber creado cantidades iguales de materia y antimateria. Estas dos formas de existencia son gemelas opuestas: idénticas en casi todo, excepto en la carga eléctrica. Cuando se encuentran, se aniquilan mutuamente en una explosión de energía pura. Si el universo primitivo contenía cantidades iguales de ambas, deberían haberse eliminado por completo, dejando un cosmos vacío. Pero no sucedió así. Una asimetría minúscula, una diferencia de apenas una parte en mil millones, permitió que sobreviviera un poco de materia. De esa materia residual surgieron las galaxias, las estrellas, los planetas y, finalmente, nosotros.

Durante décadas, los físicos han medido esta asimetría, conocida como violación de carga-paridad o CP, pero siempre en el mismo tipo de partículas: los mesones. Estas son estructuras simples, compuestas por un quark y su antipartícula gemela. Ahora, la colaboración LHCb del CERN ha detectado la misma asimetría en bariones, partículas mucho más complejas formadas por tres quarks. La importancia de este cambio es profunda. Los bariones no son curiosidades de laboratorio. Son los componentes fundamentales de la materia ordinaria. Los protones y neutrones que forman el núcleo de cada átomo, que construyen cada molécula de tu cuerpo, son bariones. Este descubrimiento significa que la asimetría que permite la existencia no es un accidente limitado a partículas exóticas, sino algo inscrito en la estructura misma de la materia que nos rodea.

María Vieites, investigadora del Instituto Gallego de Física de Partículas de Altas Energías en la Universidad de Santiago de Compostela y coautora del estudio publicado en Nature, explica que encontrar esta asimetría en bariones fue extraordinariamente difícil. El efecto es pequeño, mucho más sutil que en los mesones. El equipo tuvo que alcanzar una precisión de 2,4 por ciento, más o menos 0,4 por ciento. Para lograrlo, utilizaron el LHC, el anillo de 27 kilómetros enterrado bajo la frontera franco-suiza cerca de Ginebra. Cuando los protones colisionan a energías extremadamente altas en ese acelerador, generan estados de materia con masas enormes que se desintegran casi instantáneamente en partículas más ligeras. El detector LHCb, descrito por Vieites como una cámara fotográfica del tamaño de un edificio de dos plantas, captura esos momentos fugaces y busca la asimetría perseguida.

Pero el hallazgo, aunque significativo, no cierra el misterio. Vieites es clara: el descubrimiento es un paso más, no la respuesta final. El modelo estándar de la física, el marco teórico que describe cómo funciona el universo, es incompleto. Predice que debería existir una pequeña asimetría en los bariones, y los resultados podrían ser compatibles con esa predicción. Pero también podrían señalar hacia una física más allá del modelo estándar, hacia fenómenos que aún no comprendemos. Carla Marín, profesora de la Universidad de Barcelona y también coautora del estudio, subraya que los próximos pasos requieren más datos y análisis teórico más sofisticado. El detector ha sido actualizado desde el año pasado y está recopilando información nueva. Los científicos necesitan estudiar otras desintegraciones de bariones, medir procesos similares con diferentes tipos de partículas finales, y desarrollar cálculos teóricos más complejos para interpretar lo que ven.

Julio Lozano, físico de la Universidad de Alcalá de Henares que no participó en el estudio, sitúa este resultado en perspectiva. No explica directamente por qué la antimateria desapareció del universo primitivo, pero abre nuevas avenidas de investigación. Cada medición nueva acota los posibles modelos que podrían explicar la supresión de la antimateria más allá de lo que permite el modelo estándar. Es un paso relevante en una búsqueda que ha durado décadas y que probablemente durará décadas más.

Vieites recuerda que actualmente ninguna otra máquina en el mundo puede obtener estos resultados en bariones con este nivel de precisión. La ciencia básica, insiste, es una inversión en la comprensión. Primero aprendemos cómo funciona el universo, cómo es su manual de instrucciones. Las aplicaciones prácticas llegan después, a menudo de formas que nadie podría haber predicho. Los detectores de partículas y la radiación, por ejemplo, ahora salvan vidas en medicina. Este descubrimiento, como todos los grandes avances científicos, es el resultado de colaboración internacional masiva, de miles de personas trabajando juntas durante años para ver lo que nadie había visto antes.