Los investigadores frustran los lados de un detector ultrasensible diseñado para capturar luzLas primeras partículas en el Universo se formaron después de que explotara un bulto caliente y denso. Los físicos creen que bajo las condiciones extremas del Big Bang, la luz se convirtió en materia: electrones, protones y neutrones, que luego se convirtieron en parte de nosotros.
Pero los físicos no están seguros de cómo ocurrió exactamente esa transformación. En los años 90, los físicos demostraron que pueden convertir la luz en materia al chocar dos haces de radiación de energía extremadamente alta. También descubrieron que la luz al mismo tiempo crea una cantidad igual de antimateria. Las primeras partículas de materia fueron encontrarse con sus familiares del campo de la antimateria y aniquilarse. Una explosión, y no hay más materia.
Pero, obviamente, hay materia. Por alguna razón, después del Big Bang, la materia se ha formado más que la antimateria, y los físicos no saben por qué. "Este es uno de los mayores misterios del universo", dice el físico Don Lincoln de
Fermilab .
En los últimos 50 años, en laboratorios y ecuaciones, han buscado procesos que produzcan más materia que antimateria. Un candidato: un proceso radiactivo previsto en el que dos neutrones se convierten en dos protones en un átomo. Los teóricos creen que en este proceso, conocido como
doble desintegración beta sin neutrinos , surgen dos electrones y ninguna antimateria. Aparecen dos nuevas piezas de materia en el Universo, y los detectores deberían poder detectarlas. Si este proceso sucedió varias veces después del Big Bang, puede explicar de dónde proviene esta materia extra.
Pero aquí está el truco: nadie ha visto dos neutrones convertirse en dos protones. A partir de experimentos y cálculos anteriores, está claro que este proceso es más probable que ocurra en ciertos átomos, por ejemplo, en los átomos de germanio y xenón. Cuando dos neutrones se convierten en protones en un átomo de germanio, el átomo se convierte en un nuevo elemento, el selenio. En un artículo reciente publicado en la revista Nature, los investigadores usan los datos de su detector supersensible para calcular que la mitad de un cristal de germanio tarda más de 10
25 años en convertirse en selenio a través de dicha descomposición. Este es un billón de veces la edad del universo. "Este es realmente un evento muy raro", dijo el físico Peter Grabmayr, uno de los participantes en el experimento de
Germanium Detector Array (GERDA) y uno de los autores del trabajo.
Grabmeir no teme a esas oportunidades. Para confirmar que tal proceso tiene lugar, no es necesario convertir la mitad del cristal en selenio. Es necesario detectar la descomposición de solo unos pocos átomos. Si algún átomo de su cristal de germanio de 36 libras se convierte en selenio, será capaz de detectar la energía de dos electrones que aparecen, que se verán como la luz en una colisión con un detector. Para evitar que otras fuentes de radiación, como los rayos cósmicos, afecten al detector, se colocó un cristal de germanio en un tanque con argón líquido, a una profundidad de 1400 metros debajo de una montaña en el centro de Italia.
La posibilidad es que nunca descubran este proceso, como dice Lincoln. "Pero eso es solo una opinión", dice. - No lo apoyaría. No me sorprendería que tal experimento refutara mi intuición ".
Mientras tanto, los físicos están explorando otros procesos que pueden explicar el hecho de que el universo está compuesto de materia. En particular, quieren encontrar todas las diferencias entre la antimateria y la materia, ya que cualquier discrepancia puede explicar por qué sus destinos en el Universo temprano resultaron ser diferentes. En diciembre pasado, el experimento Alpha en el CERN midió las propiedades anti-hidrógeno, pero no encontró diferencias inesperadas con respecto al hidrógeno. En enero, el experimento de belleza en el Gran Colisionador de Hadrones descubrió que durante la descomposición de una partícula llamada
lambda-barión , sus productos de descomposición no se separan en ángulos como su contraparte de la antimateria.
En los próximos diez años, Fermilab planea construir un acelerador de partículas subterráneo de 1300 km desde Illinois hasta Dakota del Sur: el Experimento de Neutrinos Subterráneos Profundos (DUNE) [experimento subterráneo profundo con neutrinos]. El objetivo del experimento es lanzar rayos de neutrinos y antineutrinos a largas distancias, dice Lincoln. Si los neutrinos se comportan de manera diferente a un antineutrino, esto puede ayudar a descubrir otra razón por la cual hay más materia en el universo que la antimateria.
Estas búsquedas serán beneficiosas, incluso si no encuentran nada, dice Grabmeir. Su objetivo es comprender las reglas por las cuales funciona el universo. Si el proceso para el que Grabmeyr es fanático no existe, este hecho en sí mismo puede usarse para excluir muchas de las hipótesis ahora propuestas.
El grupo Grabmeyer planea monitorear Alemania y los signos de descomposición radiactiva por otros dos años. Al final, quieren usar hasta una tonelada de germanio en su detector. Más Alemania: más probabilidades de ver decadencia. "En algún momento lo encontraremos", dice Grabmeyr. Pero por ahora, solo están esperando.