Milisegundos después del Big Bang, hace 13 mil 800 millones de años, se produjeron cantidades similares de materia y antimateria, existió una simetría entre ambas. Sin embargo, instantes después ocurrió una diferencia o asimetría con la que se impuso la materia y formó todo el Universo que ahora conocemos.
Thank you for reading this post, don't forget to subscribe!El por qué el Universo está compuesto de materia y no de antimateria es uno de los mayores misterios de la ciencia moderna y uno de los pasos clave para responder esta pregunta se dio a conocer en marzo de este año en la revista digital arxiv.org (leer en: https://doi.org/10.48550/arXiv.2503.16954) y esta semana en la revista Nature, la más importante del mundo de la ciencia (disponible en: https://doi.org/10.1038/s41586-025-09119-3).
El equipo de más de 1,600 científicos del experimento Beauty del Gran Colisionador de Hadrones (LHCb) de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN, por sus siglas en francés) descubrió la asimetría entre la partícula de materia llamada barión, que son los protones y neutrones de todos los átomos, y su antipartícula o antibarión (antiprotones y antineutrones).
Después de 58 años de que el físico ruso Andréi Sájarov predijera su existencia de forma teórica, los científicos de 22 países descubrieron experimentalmente su existencia en el laboratorio de física más grande del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), formado por un acelerador de partículas y cuatro detectores en un túnel con forma de anillo de 27 kilómetros de circunferencia a una profundidad máxima de 175 metros bajo tierra, en la frontera entre Francia y Suiza, cerca de Ginebra.
De acuerdo a Sájarov por cada mil millones de partículas de antimateria había mil millones uno de materia en el Universo primitivo y de ese casi insignificante y huidizo desequilibrio surgió todo el Universo que hoy observamos, hecho de bariones.
“Es la primera vez que se observa esta asimetría, que de alguna manera nos ayuda a entender por qué el Universo está hecho de materia en vez de antimateria”: Gerado Herrera Corral, investigador del Cinvestav del IPN y líder de los mexicanos en el CERN.
“Es la primera vez que se observa esta asimetría, que de alguna manera nos ayuda a entender por qué el Universo está hecho de materia en vez de antimateria”, dice Gerado Herrera Corral, investigador del Cinvestav del IPN y líder de los mexicanos en el CERN. “Si la materia y la antimateria son iguales o equivalentes opuestos ¿por qué el Universo está hecho con materia y qué pasó con la antimateria?”.
Simetría materia-antimateria
Desde hace casi un siglo, en 1928, el célebre físico Paul Dirac, uno de los creadores de la mecánica cuántica, realizó cálculos matemáticos que teóricamente describieron la existencia de la antimateria. A partir de entonces los científicos empezaron a construir las ideas para tratar de explicar cómo es que en el Universo primitivo se impuso la materia a la antimateria.
Cuatro años después (1932), Carl David Anderson descubrió experimentalmente la antimateria en forma de antielectrones o “positrones”, como lo había predicho Dirac. Por este descubrimiento recibió el Premio Nobel de Física en 1936.
Hoy sabemos que todo lo que hay en el Universo conocido está compuesto de materia y no de antimateria, pero no se sabe a ciencia cierta por qué. Los científicos plantearon que poco después del Big Bang se produjeron cantidades similares de la materia y de aquello llamado antimateria.
Así como el electrón tiene el positrón, que es prácticamente idéntica a él, pero con carga opuesta, cada partícula de la materia debería tener su contraparte de antimateria, propusieron los físicos.
Gracias a los avances de la física de partículas elementales, ahora se conoce la existencia de varias partículas subatómicas que conforman todos los átomos y que son los componentes fundamentales de la materia: seis tipos de quarks que se llaman: up (arriba), down (abajo), strange (extraño), charm (encanto), bottom/beauty (fondo/belleza), y top/truth (cima/verdad); y por seis tipos de leptones: el electrón, el muón, el tau y tres neutrinos. De estas doce partículas subatómicas, los científicos han descubierto sus copias de antimateria con carga eléctrica opuesta.
Cuando una partícula y su antipartícula se encuentran, se aniquilan mutuamente desapareciendo en un microestallido de luz, por lo que los físicos se cuestionaron que si en algún momento hubiera existido la misma cantidad de materia y antimateria ¿todo en el Universo se habría aniquilado?, por ello que debió ocurrir una asimetría en favor de la materia. Por alguna razón, un pequeño exceso de materia perduró y creó el Universo que conocemos. Desde entonces los científicos se dedicaron a encontrar indicios de esa asimetría.
En 1964 en el Laboratorio Nacional de Brookhaven, en Estados Unidos, se descubrió el primer indicio de asimetría con un un tipo de partículas conocidas como mesones, tradicionalmente compuestas por un par de quarks, pero en esa ocasión se descubrió un mesón diferente: en vez de una par de quarks, tenían un quark y un antiquark.
Tres años después, Andrei Sájarov, el célebre físico ruso creador de las bombas atómicas de hidrógeno y luego pacifista y luchador a favor de los derechos humanos, llevó a cabo cálculos que teóricamente predecían otras antipartículas llamadas antibariones. Los bariones son los neutrones y protones que se encuentran en los núcleos de los átomos, y están conformados por tres quarks, es decir, los antibariones son antineutrones o antiprotones.
Sajarov sostuvo que, milesimas de segundo después del Big Bang, se produjo un fenómeno conocido como “violación de simetría de carga-paridad” o “violación CP”, que puede explicar la diferencia entre materia y antimateria en el Universo primitivo, que llamó bariogénesis. Esta teoría sostiene que la asimetría de los bariones hizo que una pequeña parte de la materia escapara a la destrucción y fuera la responsable de generar el Universo de bariones o materia, del que formamos parte.
Al mismo tiempo que los científicos buscan explicar lo ocurrido, la ciencia ficción y la cultura popular también han utilizado la antimateria para crear universos paralelos, sustancias peligrosas o personajes extraterrestres perversos.
Pero en la vida real se utiliza la antimateria de positrones que, al aniquilarse con los electrones de materia, producen luz o radiación gamma. De hecho, los positrones se producen en procesos radiactivos naturales, como la desintegración del potasio-40 que es materia radiactiva que se desintegra emitiendo positrones. Los plátanos, por ejemplo –que contienen potasio-40-, emiten un positrón cada 75 minutos.
Asimismo, los positrones se usan en aplicaciones médicas como en los escáneres de Tomografías por Emisión de Positrones (PET) que detectan la antimateria y permiten crear imágenes detalladas del cuerpo humano y localizar tumores. En el futuro se espera poder utilizar la antimateria como combustible para naves espaciales.
Hoy sabemos que todo lo que hay en el Universo conocido está compuesto de materia y no de antimateria, pero no se sabe a ciencia cierta por qué.
El experimento Beauty del Gran Colisionador de Hadrones
Para corroborar la teoría de la bariogénesis habría que encontrar la asimetría de la partícula y antipartícula de los bariones: a eso se dedicó (entre otros) el experimento LHCb del Gran Colisionador de Hadrones del CERN, desde 2011.
“Era algo que se había estado buscando durante muchos años y empezaba a ser muy preocupante que no se observara la violación de carga y paridad en bariones, que es un problema muy fundamental”, dice Gerado Herrera Corral.
El investigador del Cinvestav del IPN señala que los investigadores se preguntan ¿qué pasó con la antimateria, dónde está? Y hay dos maneras de responder esa pregunta: Una es que la antimateria no desapareció, está por ahí y la estamos buscando. La Estación Espacial Internacional la está buscando con experimentos y también el LHCb. “La otra tiene que ver con éste hallazgo: que la antimateria no es el opuesto exacto de la materia, no son exactamente el par de opuestos y este es el resultado de este estudio”.
Esta respuesta implica que las diferencias entre materia y antimateria no solamente se encuentran en la carga eléctrica contraria sino que se comportan de manera ligeramente distinta. “Eso ocasionó que hace miles de millones de años desapareciera la antimateria y nos separara un Universo de materia”.
El primer hallazgo de la asimetría ocurrió en 1964, cuando los científicos James Cronin y Val Logsdon Fitcht descubrieron una pequeña diferencia en el decaimiento de mesones K (kaones), entre los kaones de materia y los antikaones esto demostró el fenómeno de la “violación CP”. Por este logro obtuvieron el Premio Nobel de Física en 1980.
Este descubrimiento es un pequeño avance que nos puede ayuda a responder una de las preguntas fundamentales: ¿por qué existimos?
“Curiosamente siempre se observaba esa pequeña diferencia en los mesones”, señala Herrera Corral. “Pero los científicos se empezaron a preguntar ¿por qué no se ve esa diferencia en los bariones?, hasta ahora”.
Para llegar a esta conclusión los científicos del LHCb observaron y analizaron las colisiones y desintegraciones de protones que desde 2011 se han realizado en el Gran Colisionador de Hadrones. Alrededor de 80,000 desintegraciones de bariones para observar por primera vez un ligero desequilibrio a favor de la materia de solo el 2.45 %, en promedio.
“La manera en cómo la antimateria y la materia se desintegran es ligeramente diferente, esto corrobora la violación CP”, dice Herrera Corral. “Es una medición muy sencilla que deberá ser precisada y analizada en sus términos más complejos en el futuro”.
Los científicos lo resumen en el artículo científico titulado Observación de la ruptura de la simetría de carga-paridad en las desintegraciones bariónicas: “Los resultados revelan asimetrías significativas entre las tasas de desintegración del barión Λ b y su antibarión conjugado CP, lo que, hasta donde sabemos, constituye la primera observación de la violación CP en desintegraciones bariónicas y demuestra los diferentes comportamientos de bariones y antibariones”.
“Sin duda se trata de uno de los resultados científicos mas importantes de 2025 y creo que de varios años”, afirma Gerardo Herrera, quien señala que, con las modificaciones que se están realizando en el Gran Colisionador de Hadrones con un nuevo acelerador que se llamará High Luminosity Large Hadron Collider (HL-LHC), se van a producir 10 veces más colisiones de partículas de las que se producen ahora, lo que incrementará considerable estas mediciones con mayor precisión.
Este descubrimiento es un pequeño avance que nos puede ayuda a responder una de las preguntas fundamentales: ¿por qué existimos?
