Un antiuniverso retrocediendo en el tiempo podría explicar la materia oscura y la inflación cósmica.
Una nueva y alocada teoría sugiere que puede haber otro «anti-universo», retrocediendo en el tiempo antes del Big Bang.
La idea asume que el universo primitivo era pequeño, caliente y denso, y tan uniforme que el tiempo parece simétrico hacia atrás y hacia adelante.
Si es cierto, la nueva teoría significa que la materia oscura no es tan misteriosa; es solo un nuevo sabor de una partícula fantasmal llamada neutrino que solo puede existir en este tipo de universo. Y la teoría implica que no habría necesidad de un período de «inflación» que expandió rápidamente el tamaño del cosmos joven poco después del Big Bang.
Si es cierto, entonces los experimentos futuros para buscar ondas gravitacionales, o para precisar la masa de los neutrinos, podrían responder de una vez por todas si existe este antiuniverso espejo.
Preservando la simetría
Los físicos han identificado un conjunto de simetrías fundamentales en la naturaleza. Las tres simetrías más importantes son: carga (si cambia las cargas de todas las partículas involucradas en una interacción a su carga opuesta, obtendrá la misma interacción); paridad (si miras la imagen especular de una interacción, obtienes el mismo resultado); y el tiempo (si ejecuta una interacción hacia atrás en el tiempo, se verá igual).
Las interacciones físicas obedecen a la mayoría de estas simetrías la mayor parte del tiempo, lo que significa que a veces hay violaciones. Pero los físicos nunca han observado una violación de una combinación de las tres simetrías al mismo tiempo. Si toma todas las interacciones observadas en la naturaleza y cambia las cargas, toma la imagen especular y la ejecuta hacia atrás en el tiempo, esas interacciones se comportan exactamente igual.
Esta simetría fundamental recibe un nombre: simetría CPT, por carga (C), paridad (P) y tiempo (T).
Creando materia oscura
Vivimos en un universo en expansión. Este universo está lleno de muchas partículas que hacen muchas cosas interesantes, y la evolución del universo avanza en el tiempo. Si extendemos el concepto de simetría CPT a todo nuestro cosmos, entonces nuestra visión del universo no puede ser la imagen completa.
En cambio, debe haber más. Para preservar la simetría CPT en todo el cosmos, debe haber un cosmos de imagen especular que equilibre el nuestro. Este cosmos tendría todas las cargas opuestas a las que tenemos nosotros, se voltearía en el espejo y retrocedería en el tiempo. Nuestro universo es sólo uno de un gemelo. En conjunto, los dos universos obedecen a la simetría CPT.
Los investigadores del estudio luego preguntaron cuáles serían las consecuencias de tal universo.
Encontraron muchas cosas maravillosas.
Por un lado, un universo que respete la CPT se expande naturalmente y se llena de partículas, sin la necesidad de un largo período teorizado de rápida expansión conocido como inflación. Si bien hay mucha evidencia de que ocurrió un evento como la inflación, la imagen teórica de ese evento es increíblemente borrosa. Es tan confuso que hay mucho espacio para propuestas de alternativas viables.
En segundo lugar, un universo que respete la CPT agregaría algunos neutrinos adicionales a la mezcla. Hay tres sabores conocidos de neutrinos: el neutrino electrónico, el neutrino muón y el neutrino tau. Extrañamente, los tres sabores de estos neutrinos son zurdos (refiriéndose a la dirección de su giro en relación con su movimiento). Todas las demás partículas conocidas por la física tienen variedades de mano izquierda y derecha, por lo que los físicos se han preguntado durante mucho tiempo si hay neutrinos de mano derecha adicionales.
Un universo que respete la CPT exigiría la existencia de al menos una especie de neutrino diestro. Esta especie sería en gran parte invisible para los experimentos físicos, y solo influiría en el resto del universo a través de la gravedad.
Pero una partícula invisible que inunda el universo y solo interactúa a través de la gravedad se parece mucho a la materia oscura.
Los investigadores encontraron que las condiciones impuestas por obedecer la simetría CPT llenarían nuestro universo con neutrinos dextrógiros, suficientes para explicar la materia oscura.
Predicciones en el espejo
Nunca tendríamos acceso a nuestro gemelo, el universo espejo CPT, porque existe «detrás» de nuestro Big Bang, antes del comienzo de nuestro cosmos. Pero eso no significa que no podamos probar esta idea.
Los investigadores encontraron algunas consecuencias observacionales de esta idea. Por un lado, predicen que las tres especies conocidas de neutrinos zurdos deberían ser partículas de Majorana, lo que significa que son sus propias antipartículas (en contraste con las partículas normales como el electrón, que tienen contrapartes de antimateria llamadas positrones). A partir de ahora, los físicos no están seguros de si los neutrinos tienen esta propiedad o no.
Además, predicen que una de las especies de neutrinos no debería tener masa. Actualmente, los físicos solo pueden establecer límites superiores en las masas de neutrinos. Si los físicos alguna vez pueden medir de manera concluyente las masas de los neutrinos, y uno de ellos no tiene masa, eso reforzaría en gran medida la idea de un universo simétrico CPT.
Por último, en este modelo nunca ocurrió el evento de inflación. En cambio, el universo se llenó de partículas naturalmente por sí mismo. Los físicos creen que la inflación sacudió el espacio-tiempo en un grado tan tremendo que inundó el cosmos con ondas gravitacionales. Muchos experimentos están a la caza de estas ondas gravitacionales primordiales. Pero en un universo con simetría CPT, tales ondas no deberían existir. Entonces, si esas búsquedas de ondas gravitacionales primordiales resultan vacías, eso podría ser una pista de que este modelo de universo espejo CPT es correcto.
Publicado originalmente en Live Science.
Fuente: Space.com, Paul Sutter. Astrofísico en SUNY Stony Brook y el Instituto Flatiron en la ciudad de Nueva York. Recibió su doctorado en Física de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.
Noticias relacionadas: