¿Por qué existe materia en el Universo? Aunque parece una pregunta sencilla, representa uno de los mayores enigmas de la física. Según los modelos científicos, durante los primeros instantes posteriores al Big Bang debieron producirse cantidades prácticamente iguales de materia y antimateria.
El problema es que ambas se aniquilan cuando entran en contacto, liberando enormes cantidades de energía. Si sus proporciones hubieran permanecido exactamente equilibradas, el Universo que conocemos no existiría.
Sin embargo, las galaxias, las estrellas, los planetas y nosotros mismos demostramos que una pequeña cantidad de materia consiguió sobrevivir.
Ahora, investigadores de la Universidad de Southampton, en Reino Unido, y del Instituto Indio de Tecnología de Kanpur proponen una nueva explicación relacionada con una partícula hipotética que durante años recibió poca atención.
El misterio de por qué la materia sobrevivió al Big Bang
La física moderna sostiene que los procesos del Universo primitivo favorecieron ligeramente a la materia frente a la antimateria.
De acuerdo con las estimaciones divulgadas por el CERN, por cada aproximadamente mil millones de pares de partículas y antipartículas, sobrevivió una partícula adicional de materia. Esa diminuta diferencia habría sido suficiente para formar toda la materia ordinaria que observamos actualmente.
Sin embargo, los mecanismos exactos que produjeron este desequilibrio todavía no se comprenden completamente.
El nuevo estudio, desarrollado por Rishav Roshan y Sudipta Show y publicado en Physical Review Letters, investiga cómo una partícula hipotética pudo modificar las condiciones necesarias para generar esa asimetría.
El neutrino pesado que podría cambiar nuestra comprensión del Universo
Los investigadores centraron su atención en un tipo de neutrino pesado denominado N3. A diferencia de los neutrinos conocidos, estas partículas hipotéticas tendrían una masa mucho mayor e interactuarían extremadamente poco con otras partículas.
Precisamente por esas interacciones débiles, podrían haber sobrevivido durante un período considerable en las primeras etapas del Universo.
Según el modelo propuesto, la presencia de este neutrino pesado habría podido dominar temporalmente la densidad energética del cosmos. Esto habría modificado su ritmo de expansión y alterado las condiciones térmicas bajo las cuales interactuaban las partículas fundamentales.
Cómo una sola partícula pudo cambiar el destino de la materia
El aspecto más importante de la investigación está relacionado con un proceso denominado leptogénesis, una de las posibles explicaciones para el desequilibrio entre materia y antimateria.
Los científicos descubrieron que la presencia prolongada del neutrino N3 podría retrasar el momento en que determinadas interacciones de los leptones alcanzaban el equilibrio térmico. Este cambio afectaría las condiciones bajo las cuales se genera y conserva la asimetría entre materia y antimateria.
En otras palabras, una partícula que antes se consideraba secundaria podría haber desempeñado un papel fundamental en la evolución del Universo primitivo.
El modelo también plantea posibles consecuencias para la producción de materia oscura y otros procesos cosmológicos.
The @ALICEexperiment findings published in @APSphysics represent the first evidence of the heaviest antimatter hypernucleus yet at the #LHC and add to the ongoing research into the matter–antimatter imbalance in the Universe.
Find out more: https://t.co/BpE7IVzGMs https://t.co/i01h0Wew92 pic.twitter.com/bW3CydAeud
— CERN (@CERN) April 30, 2025
Las ondas gravitacionales podrían ofrecer las primeras pistas
Aunque la hipótesis resulta prometedora, todavía no existe evidencia experimental directa de este neutrino pesado. Los investigadores consideran que sus posibles efectos podrían estudiarse mediante mediciones de neutrinos y observaciones de ondas gravitacionales primordiales.
Estas ondulaciones del espacio-tiempo podrían conservar información sobre cambios ocurridos durante las primeras etapas de expansión del Universo. Futuros observatorios espaciales y experimentos de física de partículas podrían ayudar a evaluar las predicciones del modelo.
Por ahora, el estudio no demuestra que este neutrino haya sido responsable de nuestra existencia, pero ofrece una nueva posibilidad para investigar uno de los grandes interrogantes de la cosmología.
Después de más de 13.800 millones de años, comprender por qué sobrevivió la materia sigue siendo una de las preguntas más importantes de la ciencia. Y la respuesta podría estar relacionada con una partícula que todavía no hemos conseguido observar.
