TARDÍGRADOS

Ciencia en español

¿Por qué en nuestro universo observable hay más materia que antimateria?

Posted by Albert Zotkin en enero 13, 2014

Hoy, amigo incondicional de Tardígrados, voy a hablar de otro gran misterio cosmológico y de la física de partículas, que se puede resumir fácilmente en una única pregunta: ¿Por qué en nuestro universo observable hay más materia que antimateria?.

Recordemos que una partícula de antimateria es igual en todo a su correspondiente partícula de materia, excepto en la carga eléctrica, que es la opuesta. Por ejemplo, el positrón, que posee carga eléctrica positiva, es la antipartícula del electrón, que posee carga eléctrica negativa.

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Cuando una partícula se encuentra con su antipartícula, se aniquilan, con la consiguiente producción de energía (dos fotones). Esto significa que si se aniquilara toda la materia con su correspondiente antimateria, aún quedaría un remanente de materia que supuestamente nunca encontraría su contraparte de antimateria para aniquilarse.

Ahora voy a proponer una hipótesis, que se me ocurrió hace ya algún tiempo, que explicaría el por qué observamos un universo con más materia que antimateria.

En esencia, la hipótesis puede ser expresada como sigue: “Si alejamos de nuestro entorno una partícula cargada, conseguiremos que dicha partícula conjugue su carga eléctrica (transforme su carga eléctrica a la opuesta) al cabo de cierta distancia crítica constante”.

Eso significaría que dicha conjugación de carga es no local, es decir, para un observador que se alejara con la partícula sería imposible detectar dicha conjugación, ya que él mismo también estaria conjugando sus cargas con la distancia respecto al observador que permanece en el laboratorio base.

Esta hipótesis nos dice que la naturaleza no prefiere en especial ningún tipo de carga eléctrica, y por lo tanto el concepto de carga eléctrica es relativo, no absoluto.

La siguiente cuestión, dentro de la hipótesis, es: ¿Cuál sería esa distancia crítica invariante desde la cual se observaría una conjugación cosmológica de carga electrica?. La respuesta es obvia: Dos radios de Hubble (recordemos que nuestro universo observable está dentro de un volumen de Hubble). Y eso explica por qué toda materia o antimateria cerca de un radio de Hubble no es vista por nosotros como fuente emisora de luz. A dicha distancia, todo átomo o partícula poseería una carga eléctrica nula para nuestros detectores, y por lo tanto no nos llegaría su radiación electromagnética. En tal sentido, podriamos decir, que a la distancia de un radio de Hubble, toda materia o antimateria se transformaría en materia oscura a nuestros ojos. Dicha materia oscura no sólo sería oscura para nosotros (no emite luz hacia nosotros) sino también relativamente transparente (dejaría pasar a su través la radiación de fuentes de luz situadas detrás de ella).

Si alejamos de nosotros un átomo de hidrógeno, según la hipótesis, entonces cuando llegue a una distancia crítica (un radio de Hubble, R, si no hay significativos cúmulos de materia) se transformará (conjugará todas sus cargas eléctricas) en un átomo de anti-hidrógeno.

hidrogeno-antihidrogeno

La tercera pregunta dentro de la hipótesis sería: ¿Si la materia oscura que se sitúa a un radio de Hubble es transparente para fuentes de luz detrás de ella, por qué no podemos ver fuentes de luz más allá de dicha distancia crítica?. Esa imposibilidad de ver más allá fue el principal pretexto para la creación de la teoría de la Gran Explosión como origen de nuestro universo. Pero, ahora que estamos analizando la cuestión dentro de esta nueva hipótesis, la causa de no observar nada más allá de un radio de Hubble podría ser otra muy distinta a la de un universo finito en el tiempo que nació de una Gran Explosión. Nuestro universo podría ser infinito en espacio y tiempo, pero la causa de no observar luz más allá de un radio de Hubble sería más local que global. Un observador situado a mitad de camino entre nosotros y nuestro radio de Hubble podría ver galaxias más allá de las que nosotros vemos, porque su horizonte cósmico sería distinto, aunque de igual magnitud al nuestro. Ese hecho es muy similar al horizonte cuando navegamos por la superficie de la Tierra (esfera). La curvatura de la Tierra nos impide ver más allá de nuestro horizonte. De igual forma, la materia dentro de un volumen de Hubble curvaria el espacio relativo de todo observador situado en el centro de esa esfera de observación. Pero para ver algo más allá de nuestro horizonte en la superficie terrestre tenemos que situarnos a cierta “altura”, y de ese modo podremos ver objetos “altos” más allá. Graficamente seria algo así:

La altura h del observador determinará el máximo alcance (horizonte) del que nos puede llegar ondas electromagnéticas. Obviamente, si la curvatura del universo es la de una esfera de Hubble (R = Radio de Hubble), entonces, el maximo ángulo correspondiente a una altura maxima del observador sería de \pi/4 radianes. Pero, ¿qué determinaria la “altura” h del observador?. La respuesta sería simple y llanamente la acumulación local de materia. Por ejemplo, un observador dentro de una galaxia muy masiva estaría en lo alto de una cima de altura h más alta que la altura h’ de la cima producida por una galaxia menos masiva. Esquemáticamente podemos dibujar esa acumulación local de materia así:

Pero, como he dicho arriba, esto es sólo una hipótesis que se me ocurrió hace algún tiempo, y por lo tanto su planteamiento no se basa en ninguna evidencia ni principio razonable. Pero divagando un poco al respecto, se me ocurre que lo que llamamos vacio cuántico, o espacio-tiempo, podria poseer dos caras, como las caras de un plano, de tal modo que la carga eléctrica positiva estaría localmente en una de las caras, y la cara eléctrica negativa estaría localmente en la cara opuesta. Puesto que existen dos caras opuestas e indiferenciables a priori, podemos situar un átomo de hidrógeno y un átomo de anti-hidrógeno muy cerca el uno del otro, sin que lleguen a aniquilarse, aunque sea por un tiempo infinitesimal. La pregunta del millón sería: ¿somos capaces de decir cuál de los dos átomos es el de hidrógeno y cuál corresponde al anti-hidrógeno?. Un ser alienígena inteligente hecho de anti-materia, que llegara hasta nuestro laboratorio (sin aniquilarse con las paredes del mismo) respondería a la pregunta afirmando que el átomo de hidrógeno es precisamente aquel que nosotros apuntamos como el anti-hidrógeno, y viceversa. Por otro lado, puesto que la hipótesis que planteo aquí habla de una conjugación de carga eléctrica al cabo de cierta distancia crítica cósmica, entonces nuestro universo observable seria como una cinta de Möbius, donde las caras opuestas que se manifiestan localmente en el vacío cuántico, serían en realidad una única cara.

Saludos

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