Les partícules més minúscules ens van salvar d’una aniquilació completa

Les ondulacions d’espai-temps descobertes recentment anomenades ones gravitacionals podrien contenir evidències que demostrin la teoria que la matèria va subsistir al Big Bang a causa d’una transició de fase que va permetre les partícules de neutrins de recombinar la matèria i l’antimatèria, explica un nou estudi realitzat per un equip internacional d’investigadors.

Com es va evitar una aniquilació completa no es tracta d’una qüestió de ciència-ficció. Segons la teoria del Big Bang de la cosmologia moderna, la matèria es va crear juntament amb una quantitat igual d’antimatèria. Si s’hagués mantingut així, la matèria i la antimatèria haurien d’haver-se combinat una a una, provocant una aniquilació completa.

Però la nostra existència contradiu aquesta teoria. Per superar una aniquilació completa, l’univers ha d’haver convertit una petita quantitat d’antimatèria en matèria creant un desequilibri entre ells. El desequilibri necessari només és una part d’entre mil milions, però ha seguit sent un misteri complet quan i com es va crear el desequilibri.

“L’univers es torna opac a la llum quan mirem al voltant d’un milió d’anys després del seu naixement. Això fa que la pregunta fonamental “per què estem aquí?” sigui difícil de respondre”, diu el coautor de treball Jeff Dror, membre postdoctoral de la Universitat de Califòrnia a Berkeley i investigador de física del Laboratori Nacional Lawrence Berkeley.

Atès que la matèria i l’antimatèria tenen càrregues elèctriques oposades, no es poden convertir l’una en l’altre, tret que siguin neutres. Els neutrins són les úniques partícules de matèria elèctricament neutra que coneixem i són el candidat més plausible per fer aquesta tasca. Una teoria que molts investigadors creuen és que l’univers va passar per una transició de fase per tal que els neutrins poguessin refer la matèria i la antimatèria.

“Una transició de fase és com l’aigua bullent transformant-se en vapor o el refredament de l’aigua convertin-se en gel. El comportament de la matèria canvia a temperatures específiques anomenades temperatura crítica. Quan un determinat metall es refreda a una temperatura baixa, perd completament la resistència elèctrica per una transició de fase, convertint-se en un superconductor. És la base de la Imatge per Ressonància Magnètica (RMN) per al diagnòstic de càncer o la tecnologia de Maglev per fer flotar un tren perquè pugui anar a 500 kilòmetres per hora sense produir mareig.

Igual que un superconductor, la transició de fase en els primers temps en l’univers pot haver creat un tub molt prim de camps magnètics anomenats cordes còsmiques“, explica el coautor del treball  Hitoshi  Murayama, professor de física de MacAdams a la Universitat de Califòrnia, Berkeley, investigador principal del  Kavli  Institute  for the  Physics  and  Mathematics of the Universe, Universitat de Tòquio i científic senior  del Lawrence Berkeley National Laboratory.

Dror i Murayama formen part d’un equip d’investigadors del Japó, els Estats Units i el Canadà que creuen que les cadenes còsmiques tendeixen a simplificar-se, provocant unes minúscules vibracions d’espai-temps, les ones gravitacionals. Aquestes podrien ser detectades per futurs observatoris a l’espai, com LISA,  BBO  (Agència Espacial Europea) o DECIGO  (Agència Astronàutica d’Exploració Japonesa) per a gairebé totes les temperatures crítiques possibles.

“El recent descobriment d’ones gravitacionals obre una nova oportunitat per mirar cap enrere, ja que l’univers és transparent a la gravetat fins al seu inici. Quan l’univers podria haver estat d’un bilió a un quadril·lió de vegades més calorós que el lloc més calorós de l’univers d’avui, és probable que els neutrins s’haguessin comportat de la manera necessària per permetre l’existència de matèria avui dia. Hem demostrat que probablement també van deixar enrere un fons d’ondulacions  gravitacionals detectables per fer-nos-ho saber”, diu el coautor del treball  Graham White, col·laborador postdoctoral a TRIUMF.

“S’acostumava a pensar en les cordes còsmiques com a forma de crear petites variacions en les densitats de massa que finalment es van convertir en estrelles i galàxies, però les dades recents exclouen aquesta idea. Ara amb el nostre treball, el concepte torna amb un altre enfoc. Això és emocionant!” diu Takashi Hiramatsu, membre postdoctoral de l’Institute  for Cosmic Ray Research, de la Universitat de Tòquio, que gestiona els detectors d’ona gravitacional KAGRA i Hyper-Kamiokande al Japó.

“L’ona gravitatòria de les cordes còsmiques té un espectre molt diferent de la de les fonts astrofísiques com la fusió de forats negres. És bastant plausible que la font sigui de veritat còsmica”, afirma Kazunori Kohri, professor associat del High Energy Accelerator Research  Organization  Theory Center al Japó.

“Seria realment emocionant aprendre per què existim,” diu Murayama. “Aquesta és la pregunta definitiva de la ciència.”

(Font: sciencedaily.com, Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe)