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» » ¿Podría haber sido el Big Bang una rápida conversión de antimateria a materia?

Supongamos que en algún momento el universo deja de expandirse, y empieza entonces a colapsar sobre sí mismo (como en el escenario de la "Big Crunch" [“Gran Implosión”]), hasta que, finalmente, se convierte en un monstruoso agujero negro supermasivo. La tremenda masa de este agujero negro produciría un campo gravitatorio fortísimo. Hay una versión gravitacional llamado mecanismo de Schwinger, donde el campo gravitacional se convierte en virtuales pares de partícula-antipartícula de un entorno de vacío cuántico en auténticos pares partícula-antipartícula. Si el agujero negro está hecho de materia (antimateria), podría repeler violentamente a miles de millones de antipartículas (partículas), expulsándolas al espacio en una fracción de segundo, creando un evento de eyección muy similar a un Big Bang.

Dragan Slavkov Hajdukovic, un físico de Cetinje, Montenegro, que actualmente trabaja en el CERN de Ginebra, Suiza, enfatiza que no tiene idea de si este escenario se produjo o no hace 13.7 mil millones años; sin embargo, en un estudio reciente publicado en Astrophysics and Space Science, él mismo describió un mecanismo que puede convertir la materia en antimateria, o viceversa, lo que se traduce en una especie de universo cíclico, sucesivamente dominado por la materia o la antimateria. En este escenario, cuando colapsa un universo dominado por la materia, de sus cenizas surge otro universo dominado por la antimateria, y así, el ciclo continúa indefinidamente.

Universo cíclico

La idea del universo cíclico no es nueva. Como ya reseña Hajdukovic en su trabajo, en 1922, el cosmólogo Alexander Friedmann declaraba que la teoría de la relatividad general de Einstein es compatible con el marco de un universo cíclico. Más recientemente, los modelos cíclicos han incluido la gravedad cuántica de bucles, las teorías de cuerdas o de membranas, y otros modelos como el "Big Bounce [Gran Rebote]". Sin embargo, a diferencia del escenario Hajdukovic, en todos estos modelos, los ciclos están dominados por la materia. Como Hajdukovic explica, no es que esté ofreciendo un nuevo modelo cíclico del universo, sino simplemente un mecanismo que podría, en principio, permitir la transición de un universo dominado por la materia a un universo dominado por la antimateria, y viceversa.

Para empezar, dicho mecanismo debe permitir la creación de pares de partícula-antipartícula desde un vacío cuántico. Pese a que este vacío cuántico está completamente vacío de partículas o de cualquier otra cosa, existen de forma breve y virtual pares partícula-antipartícula que entran y salen de la existencia, según lo permite el principio de incertidumbre. Para explicar cómo estos pares virtuales de partícula-antipartícula puedan llegar a ser reales, Hajdukovic hace uso del mecanismo de Schwinger, que dice que cuando un campo eléctrico es más fuerte que un valor crítico puede crear pares electrón-positrón reales en el vacío cuántico. Y propone que, en una versión gravitacional del mecanismo de Schwinger, la gravedad podría crear pares de partícula-antipartícula, cargadas y neutras, desde estas partículas virtuales.

El mecanismo también se basa en la hipótesis de que la materia y la antimateria se repelen entre sí. Este rechazo puede ser de origen gravitacional (como en la idea de la antigravedad) o de origen no gravitacional. Aquí, Hajdukovic imagina la existencia de una repulsión de materia-antimateria, significativa únicamente a corta distancia, en concreto, dentro del horizonte de sucesos de un agujero negro, o más pequeño que el radio de Schwarzschild. Inmediatamente después, el mecanismo gravitacional  de Schwinger produce pares de partícula-antipartícula, la fuerza de repulsión origina un agujero negro para repeler con violencia el tipo de partículas contrarias. El resultado sería la conversión de casi toda la materia en antimateria (o viceversa) en un espacio de tiempo muy corto, que dependería del tamaño del agujero negro.

Tras una serie de cálculos, Hajdukovic muestra que, la cantidad de materia que se podría convertirse en antimateria (o viceversa) en un segundo, podría llegar hasta 10^128 kg, lo que supone una magnitud mayor que la masa total del universo, de alrededor de 10^53 kg. Si es correcto, significaría que toda la materia del universo podría convertirse en antimateria en una fracción del tiempo de Planck.

Este escenario tiene múltiples implicaciones. Por un lado, se evitaría que el universo colapsara en una singularidad, al exigir un tamaño mínimo de alrededor de 40 órdenes de magnitud mayor que la longitud de Planck. Así es el tamaño del universo después de una inflación cosmológica, lo que sugiere que la inflación y todo lo que vino antes según la cosmología estándar (como las numerosas fases de transición) nunca se produjeron.

Este escenario también ofrece una explicación simple para la asimetría de materia-antimateria: la razón de que nuestro actual universo está dominado por la materia en lugar de la antimateria, es que el universo anterior estuvo dominado por la antimateria. Y el siguiente, una vez más, estará dominado por la antimateria.

Más allá de la cosmología estándar

Sea  correcta esta hipótesis o no lo sea, Hajdukovic explica que es importante investigar alternativas al modelo estándar de la cosmología, dadas sus limitaciones.

"Al parecer, nuestra mejor física (la Relatividad General de Einstein y el Modelo Estándar de física de partículas), es insuficiente para explicar una serie de fenómenos observados en astrofísica y cosmología", afirmó. "Además de bien establecida física, el modelo estándar de la cosmología supone que, (a) la existencia de una misteriosa materia oscura y energía oscura, que representa más del 95% del contenido del Universo, y (b) la existencia de dos mecanismos (de naturaleza desconocida) para confirmar la inflación y la asimetría de materia-antimateria en el universo primigenio. Es lógico deducir que, la cosmología estándar se basa más en la hipótesis que en una física establecida. Esto da lugar a una situación muy insatisfactoria.

"Por el contrario, mi trabajo es un intento de comprender los fenómenos astrofísicos y cosmológicos dentro del marco de la física establecida, sin recurrir a formas ignoradas de materia-energía ni de mecanismos desconocidos que expliquen la inflación y la asimetría".

En un puñado de otros recientes trabajos, Hajdukovic ha demostrado que la comprensión del universo de esta manera puede ser realmente posible. Por ejemplo, en su artículo titulado "¿Es la materia oscura una ilusión creada por la polarización gravitacional del vacío cuántico", que realizó una "sorprendente ecuación" donde consiguió conciliar las observaciones sin necesidad de invocar la materia oscura.

Es posible poner a prueba uno de los componentes básicos de estas ideas, es decir, detectar las huellas de la repulsión gravitatoria entre la materia y la antimateria. La prueba más directa es el experimento AEGIS en el CERN, que está diseñado para medir la aceleración de la gravedad del antihidrógeno en el campo gravitacional de la Tierra. Otra prueba podría venir del observatorio de neutrinos, IceCube, en el Polo Sur, que podría observar los antineutrinos procedentes de un agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea y de la galaxia de Andrómeda.

"Si me preguntas cuál es la clave para la comprender el universo, yo diría que el vacío cuántico, junto con, por el momento hipotética, repulsión gravitatoria entre la materia y la antimateria", comentaba Hajdukovic. "Una simple clave misteriosa, en lugar de cuatro de la cosmología estándar. Mi respuesta puede estar equivocada, pero si es correcta cambiaría radicalmente la física teórica, la astrofísica y la cosmología ".

  • Referencia: PhysOrg.com, 19 de julio 2011 por Lisa Zyga
  • Fuente original: Dragan Slavkov Hajdukovic. “Do we live in the universe successively dominated by matter and antimatter?” Astrophys Space Sci (2011) 334:219-223. DOI: 10.1007/s10509-011-0754-2 .

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Editor del blog Pedro Donaire

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