Es una pregunta que ha perseguido a la humanidad durante milenios, y ahora un par de investigadores de la Universidad de Southampton y el Instituto Indio de Tecnología de Kanpur han propuesto una respuesta que involucra una partícula que los físicos han pasado décadas ignorando cortésmente: un neutrino pesado 'desacoplado'. La teoría, publicada en Physical Review Letters, sugiere que este pariente pasado por alto del neutrino pudo haber sido el factor decisivo de por qué la materia sobrevivió al Big Bang mientras que la antimateria no.

El problema es directo, aunque existencialmente alarmante: el universo temprano produjo materia y antimateria en cantidades casi iguales. Cuando ambas se encuentran, se aniquilan mutuamente en una explosión de energía. Si las cantidades hubieran estado perfectamente equilibradas, prácticamente toda la materia habría desaparecido, dejando sin estrellas, sin planetas y, más importante aún, sin nadie para reflexionar sobre la ausencia de estrellas y planetas.

Entra en escena el neutrino pesado desacoplado, un hipotético primo más pesado del neutrino ordinario, una partícula ya famosa por ser extremadamente ligera y rara vez interactuar con la materia ordinaria. La variedad 'desacoplada' generalmente se ha considerado demasiado débilmente conectada con otras partículas como para influir en algo de consecuencia. Durante décadas, ha sido el equivalente en física de partículas de un extra de fondo.

Pero según los nuevos cálculos, su vida útil inusualmente larga cambia las matemáticas. La partícula pudo haber sobrevivido lo suficiente como para dominar temporalmente la densidad de energía del universo mientras el cosmos se enfriaba después del Big Bang, desencadenando un período dominado por la materia que alteró cómo evolucionó el universo temprano.

El Dr. Rishav Roshan, de la Universidad de Southampton y autor del estudio, lo expresó claramente: "Este neutrino pesado desacoplado ha sido descartado durante mucho tiempo como un detalle irrelevante de fondo en la física de partículas. Sin embargo, decae increíblemente lentamente. A medida que el cosmos se enfriaba después del Big Bang, la partícula vivió lo suficiente como para apoderarse temporalmente de la densidad de energía del universo y desencadenar un período dominado por la materia".

Los intentos anteriores de explicar la asimetría materia-antimateria generalmente dejaban fuera a esta partícula por completo, con fundamentos razonables de que algo que interactúa tan débilmente difícilmente podría influir en los procesos responsables de crear el desequilibrio. La nueva investigación desafía esa suposición, al encontrar que incluso una partícula con interacciones extremadamente débiles podría afectar indirectamente las condiciones bajo las cuales la materia obtuvo su ventaja crucial.

"El hecho de que estemos aquí en absoluto prueba que ocurrió una asimetría entre materia y antimateria", añadió Roshan. "El neutrino desacoplado cambió la temperatura en el universo temprano a la que las partículas fundamentales, como los electrones y otros leptones, interactuaban con sus antipartículas con la ayuda del bosón de Higgs del Modelo Estándar. Esta temperatura actúa como un interruptor que moldea cómo se construyó el desequilibrio materia-antimateria".

El bosón de Higgs, para quienes llevan la cuenta, es la partícula fundamental asociada con el mecanismo que da masa a muchas partículas elementales. En el escenario de los investigadores, el neutrino pesado cambió las condiciones de temperatura que gobernaban las interacciones clave de partículas involucrando al Higgs, efectivamente desplazando cuándo ocurrieron esas interacciones e influyendo en cómo se desarrolló el desequilibrio. En otras palabras, algo que durante mucho tiempo se descartó como insignificante pudo haber ayudado a determinar por qué el universo contiene materia en absoluto.

La teoría también tiene implicaciones para cómo se expandió el universo en sus primeras etapas. El coautor del estudio, el Dr. Sudipta Show, del Instituto Indio de Tecnología de Kanpur, dijo que los hallazgos sugieren que la partícula olvidada pudo haber alterado drásticamente la historia de expansión del cosmos joven. "Nos ofrece una nueva explicación de cómo ganó la materia", dijo. "El cambio dramático en la expansión temprana del cosmos deja huellas distintas pero detectables de cambios, por ejemplo, en las ondas gravitacionales primordiales. Estas firmas de ondas gravitacionales abren nuevas vías para que desentrañemos".