La Antimateria podría ser la clave para resolver los mayores misterios del universo

Dos artículos publicados esta semana muestran los orígenes y usos potenciales de la antimateria, un tipo de materia que invierte las reglas de la materia ordinaria. Un estudio, publicado hoy en JCAP, encontró que los antinúcleos de rayos cósmicos podrían ser un indicador de cierto tipo de materia oscura. En otro estudio, publicado a principios de la semana en AIP Advances, los investigadores describen un método para detectar la ubicación y actividad de reactores nucleares utilizando antineutrinos producidos por las reacciones nucleares.

La antimateria es importante porque podría ayudar a explicar misterios cósmicos fundamentales, como por qué el universo está compuesto de materia en lugar de una mezcla igual de materia y antimateria. Estos estudios forman parte de un esfuerzo mayor por resolver algunos de los mayores enigmas de la física, incluyendo la naturaleza de la materia oscura, la física a escalas pequeñas, e incluso el origen del universo.

Pese a su nombre, la antimateria es literalmente materia: tiene masa. Se refiere a partículas con cargas eléctricas opuestas a sus contrapartes ordinarias. Los electrones tienen carga negativa, mientras que sus contrapartes de antimateria, los positrones, tienen carga positiva; lo mismo ocurre con los protones y los antiprotónes.

Aunque hay diferencias en las cargas, la antimateria no es del todo ajena a las fuerzas fundamentales. El año pasado, un equipo de físicos descubrió que la antimateria reacciona a la gravedad igual que la materia ordinaria, un hallazgo que confirma tanto a Einstein como al Modelo Estándar de la Física de Partículas.

Similitudes de la «antimateria»

Algo más parecido a la «antimateria» en tu mente podría ser la materia oscura, que también tiene masa, pero es invisible para cualquier detector. Los científicos saben que existe porque sus efectos gravitacionales son visibles, aunque no se puede observar directamente la partícula (o partículas) responsable.

La antimateria y la materia oscura convergen en el reciente artículo de JCAP, que plantea que la cantidad de antimateria detectada es mayor de lo esperado—y creen que la materia oscura es la culpable. El estudio se enfoca en un tipo de partícula—partículas masivas de interacción débil, o WIMPs—como responsables. La teoría es que cuando las WIMPs colisionan, a veces se aniquilan entre sí, emitiendo energía y partículas de materia y antimateria.

El experimento ALICE

En la investigación de 2022, un equipo de físicos que usó el experimento ALICE en CERN encontró que la antimateria podría viajar por nuestra galaxia sin ser destruida por la materia en el medio interestelar. Esto es un buen augurio para los detectores de antinúcleos como el AMS-02, a bordo de la Estación Espacial Internacional.

“Las predicciones teóricas sugerían que, aunque los rayos cósmicos pueden producir antipartículas al interactuar con el gas del medio interestelar, la cantidad de antinúcleos, especialmente antihelio, debería ser extremadamente baja,” dijo Pedro De la Torre Luque, físico del Instituto de Física Teórica en Madrid y autor principal del artículo de JCAP. “Esperábamos detectar un evento de antihelio cada varias décadas, pero los aproximadamente diez eventos de antihelio observados por AMS-02 son muchos órdenes de magnitud más altos que las predicciones basadas en interacciones estándar de rayos cósmicos.”

Sin embargo, De la Torre Luque agregó que las WIMPs solo podrían explicar la cantidad de antihelio-3—un isótopo de antimateria detectado por AMS-02—y no de antihelio-4, más raro y pesado. Es decir, incluso si las WIMPs son responsables de la materia oscura, no cuentan toda la historia.

Las WIMPs podrían ser responsables de las detecciones de antimateria que los detectores espaciales están recolectando. Pero, independientemente de la cuestión de la materia oscura—una que llevará tiempo responder—el diseño de un detector de antimateria para monitorear reactores nucleares en la Tierra muestra aplicaciones prácticas. Estos hallazgos podrían ofrecer nuevas formas de aprovechar las propiedades del universo para usos prácticos y ayudarnos a entender mejor tanto el cosmos como nuestro planeta.

Este artículo ha sido traducido de Gizmodo US por Lucas H. Aquí podrás encontrar la versión original.