El bing bang habría creado un universo de antimateria que se expande hacia atrás en el tiempo

20/02/2020

 

 

 

Nuestro universo podría ser la imagen reflejada de un universo de antimateria que se extiende hacia atrás en el tiempo antes del Big Bang. Así lo afirman los físicos en Canadá, que han ideado un nuevo modelo cosmológico que postula la existencia de un «antiuniverso» que, junto con el nuestro, conserva una regla fundamental de la física llamada simetría CPT.

 

Los investigadores aún necesitan resolver muchos detalles de su teoría, pero dicen que explica naturalmente la existencia de la materia oscura.

 

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Los modelos cosmológicos estándar nos dicen que el universo (espacio, tiempo y masa / energía) explotó hace unos 14 mil millones de años y desde entonces se ha expandido y enfriado, lo que lleva a la formación progresiva de partículas subatómicas, átomos, estrellas y planetas.

 

Sin embargo, Neil Turok, del Instituto Perimetral de Física Teórica de Ontario, reconoce que la confianza de estos modelos en los parámetros ad hoc significa que se parecen cada vez más a la descripción de Ptolemy del sistema solar. Uno de estos parámetros, dice, es el breve período de expansión rápida conocido como inflación que puede explicar la uniformidad a gran escala del universo. «Hay una mentalidad en la que se explica un nuevo fenómeno al inventar una nueva partícula o campo», dice. «Creo que eso puede resultar ser equivocado».

 

En cambio, Turok y su colega del Instituto Perimetral Latham Boyle se propusieron desarrollar un modelo del universo que pueda explicar todos los fenómenos observables basados solo en las partículas y los campos conocidos. Se preguntaron si existe una forma natural de extender el universo más allá del Big Bang, una singularidad donde la relatividad general se rompe, y luego salir por el otro lado. «Encontramos que era posible», dice.

 

La respuesta fue asumir que el universo en su conjunto obedece a la simetría CPT. Este principio fundamental requiere que cualquier proceso físico permanezca igual si el tiempo se invierte, el espacio se invierte y las partículas se reemplazan por antipartículas;Turok dice que este no es el caso del universo que vemos a nuestro alrededor, donde el tiempo avanza a medida que el espacio se expande, y hay más materia que antimateria.

 

En cambio, dice Turok, la entidad que respeta la simetría es un par universo-antiuniverso;El antiuniverso se remontaría en el tiempo desde el Big Bang, se haría más grande al hacerlo, y estaría dominado por la antimateria, además de tener sus propiedades espaciales invertidas en comparación con las de nuestro universo, una situación análoga a la creación de electrón-positrón. pares en un vacío, dice Turok.

 

Turok, quien también colaboró con Kieran Finn de la Universidad de Manchester en el Reino Unido, reconoce que el modelo todavía necesita mucho trabajo y es probable que tenga muchos detractores. De hecho, dice que él y sus colegas «tuvieron una discusión prolongada» con los árbitros revisando el documento de Physical Review Letters, donde finalmente se publicó , sobre las fluctuaciones de temperatura en el fondo cósmico de microondas. “Dijeron que hay que explicar las fluctuaciones y nosotros dijimos que es un trabajo en progreso. Eventualmente se dieron por vencidos «, dice.

 

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En términos muy amplios, dice Turok, las fluctuaciones se deben a la naturaleza cuántica-mecánica del espacio-tiempo cerca de la singularidad del Big Bang. Si bien el futuro lejano de nuestro universo y el pasado distante del antiuniverso proporcionaría puntos fijos (clásicos), todas las posibles permutaciones basadas en el cuanto cuántico existirían en el medio. Él y sus colegas contaron las instancias de cada posible configuración del par de CPT, y a partir de eso se determinó cuál es la más probable. «Resulta que el universo más probable es uno que se parece al nuestro», dice.

 

Turok agrega que la incertidumbre cuántica significa que el universo y el antiuniverso no son imágenes especulares exactas entre sí, lo que evita problemas espinosos como el libre albedrío.

 

El universo cíclico podría explicar la constante cosmológica
 

Pero a un lado de los problemas, Turok dice que el nuevo modelo proporciona un candidato natural para la materia oscura. Este candidato es una partícula ultradusiva y muy masiva llamada neutrino «estéril» que se supone que representa la masa finita (muy pequeña) de los neutrinos zurdos más comunes. De acuerdo con Turok, la simetría de CPT puede usarse para determinar la abundancia de neutrinos diestros en nuestro universo desde los primeros principios. Al tener en cuenta la densidad observada de la materia oscura, dice que la cantidad produce una masa para el neutrino diestro de aproximadamente 5 × 10 8 GeV, unas 500 millones de veces la masa del protón.

 

Turok describe esa masa como «tentativamente» similar a la derivada de un par de señales de radio anómalas detectadas por la Antena Antártica Impulsiva Transitoria (ANITA). El experimento llevado por el globo, que vuela sobre la Antártida, generalmente observa rayos cósmicos que viajan a través de la atmósfera. Sin embargo, en dos ocasiones, ANITA parece haber detectado partículas que viajan a través de la Tierra con masas entre 2 y 10 × 10 8GeV. Dado que es casi seguro que los neutrinos comunes interactúen antes de llegar tan lejos, Thomas Weiler, de la Universidad de Vanderbilt y sus colegas, recientemente propusieron que los culpables estaban en su lugar desintegrando los neutrinos diestros .

 

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Turok, sin embargo, señala una mosca en la pomada, que es que el modelo simétrico de CPT requiere que estos neutrinos sean completamente estables. Pero sigue siendo cautelosamente optimista. «Es posible hacer que estas partículas se descompongan con la edad del universo, pero eso requiere un pequeño ajuste de nuestro modelo», dice. «Así que todavía estamos intrigados, pero ciertamente no diría que estamos convencidos en esta etapa».

 

 

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