El Gran Colisionador de Hadrones (LHC), el mayor acelerador de partículas del mundo, ubicado en Suiza, ha logrado un hito histórico al observar por primera vez una asimetría fundamental entre materia y antimateria, lo que podría proporcionar pruebas de fenómenos más allá de la física conocida. El experimento LHCb ha detectado esta desviación en bariones, partículas compuestas por tres quarks, como los neutrones y protones que forman el núcleo de los átomos.
La materia bariónica, que comprende el 5% del universo, es la base de la estructura de los seres vivos, los planetas, las estrellas y las galaxias. Este hallazgo es crucial para comprobar la precisión de las teorías físicas actuales y puede abrir el camino para comprender el 95% restante del universo.
El experimento LHCb ha estudiado la descomposición de partículas elementales producidas después de la colisión de protones a casi la velocidad de la luz dentro del LHC. A pesar de la potencia sin precedentes de este acelerador, se ha requerido la acumulación de datos desde 2011, con más de 80.000 desintegraciones de bariones, para observar por primera vez un leve desequilibrio a favor de la materia. La asimetría observada es del 2,45% de media, pero en algunos casos supera el 5%.
Los resultados de este experimento, en el que participan 1.600 científicos de 22 países, se publican hoy en la revista científica Nature. La física española María Vieites, coordinadora adjunta de física del LHCb, destacó la importancia de este hallazgo: «Nuestro universo está compuesto por materia, y el modelo estándar no nos explica del todo por qué. Necesitamos nuevas fuentes de desequilibrio entre materia y antimateria, y con este estudio observamos estas diferencias en una nueva área, precisamente en el tipo de materia convencional».
El problema es que el modelo estándar no describe la materia oscura, que comprende aproximadamente el 27% del universo, ni la energía oscura, que supone el 68%. Los físicos de partículas creen que la naturaleza respeta la simetría, pero si fuera así, el universo no existiría. La teoría del Big Bang sostiene que el universo surgió hace 13.700 millones de años con una cantidad idéntica de materia y antimateria, pero el cosmos actual está compuesto casi en su totalidad por materia bariónica.
La primera prueba directa de asimetría se observó en 1964 en el Laboratorio Nacional de Brookhaven, en Estados Unidos. Ahora, 60 años después, el LHCb ha logrado confirmar esta observación en partículas compuestas por tres quarks. La discrepancia entre materia y antimateria que predice el modelo estándar es mucho menor que la observada en el universo, lo que implica que debe haber más fuentes de asimetría.
Uno de los mecanismos posibles es que existan partículas desconocidas que aumentan el predominio de la materia sobre la antimateria. Entre estas partículas podría estar la materia oscura, cuya existencia ha sido demostrada a través de su fuerza de gravedad en el movimiento de estrellas y galaxias en el universo. El LHC pronto va a comenzar una fase de reforma para multiplicar la cantidad de colisiones de protones, lo que podría llevarle a descubrir partículas desconocidas y, posiblemente, la materia oscura.
