De la Higgsteria a la Higgsogénesis

Miremos donde miremos vemos partículas.

Esta afirmación puede parecer banal, pero no lo es tanto cuando caemos en la cuenta de que en física se nos enseña que en cualquier proceso de aparición de partículas aparecen tantas de estas como de sus compañeras antipartículas.  Puestos a ser tiquismiquis, el mayor proceso de formación de partículas se dio en el universo primitivo, así que la pregunta sería:  ¿Por qué no hay la misma cantidad de materia que de antimateria? ¿Por qué el universo contiene materia si en realidad lo que debería de contener es una sopa de radiación la mar de aburrida?  Durante el último siglo, día arriba, día abajo, los físicos han intentado proponer mecanismos para explicar este hecho.  Ninguno es plénamente satisfactorio pero ahora tenemos uno más, uno debido al Higgs (¿podía faltar?). Como premio, además, este modelo parece que puede aportar también nuevas ideas acerca de la naturaleza de la materia oscura.

Pues bien, vamos a dedicarle un ratito al tema, a ver si sacamos algo en claro.

¿Qué pasó para que nos estemos preguntando qué pasó?

Cuando miramos a nuestro alrededor vemos, lo que podemos ver, que todo está hecho de partículas de materia.

Eso es una sorpresa, porque como ya hemos dicho debería de haber, al principio del universo, la misma cantidad de materia que de antimateria.

La antimateria es una predicción de la mecánica cuántica cuando se formula junto a la relatividad especial. La cosa está en que por cada partícula definida hay otra de igual masa y espín que tiene todas las cargas aditivas cambiadas de signo. La materia y la antimateria se llevan mal, tienen la manía de aniquilarse en radiación cuando interactúan entre sí.  En los procesos de creación de partículas hay la misma probabilidad de crear partículas y sus antipartículas asociadas.

Entonces, ¿por qué hay cosas?  Si al principio hubo la misma cantidad de materia que de antimateria tenemos dos opciones:

a)  Ambas se deberían de haber aniquilado quedando únicamente un remanente de radiación por ahí.

b)  No les dio tiempo a aniquilarse y deberíamos de ver grandes agrupaciones de antimateria dispersas por ahí.

Ninguna de estas cosas suceden en nuestro universo, creo que es evidente que no.

Pues bien, se ha intentado encontrar un mecanismo por el cual en los procesos iniciales del universo se produjera un poquito más de materia que de antimateria. De esta forma explicaríamos por qué todo lo que vemos está compuesto de materia.  Hay varias alternativas, ninguna de las cuales es totalmente convincente hasta la fecha.

La culpa es del campo de Higgs

Una nueva propuesta es que el campo de Higgs sea el responsable de la asimetría entre materia y antimateria. Al menos eso es lo que han propuesto recientemente en un artículo:

Higgsogenesis Geraldine Servant y Sean Tulin  (publicado en Physical Review Letters)

Pero la cosa no acaba con la explicación de la asimetría materia/antimateria. El Higgs también podría ser el responsable de la materia oscura, al menos eso dicen en el artículo.

El modelo

Vamos a describir el modelito que han diseñado estos físicos para entender la idea. Es seguro que a partir de ahora aparecerán modelos cada vez más detallados y complejos al respecto, pero como siempre, el primero que encuentra el problema resuelve el caso más fácil.

La cuestión es que el Higgs puede producir una asimetría en la materia oscura. Las partículas que conforman la materia oscura las denominaremos genéricamente X1. Las llamamos así porque como no tenemos ni idea de lo que son pues le ponemos X que es el nombre universal de las incógnitas.

Además de las partículas X1 también suponemos que existen unas partículas, que llamaremos X2, que se acoplan al Higgs y son capaces de chivarle la asimetría.   Podemos tener dos situaciones:

1.-  La materia visible se generó con cierta asimetría (explicada por lo que se conoce como bariogénesis o leptogénesis) y esta se tralada a la materia oscura.

2.-  La materia oscura se genera con cierta asimetría que se traslada a la materia visible.

En general, los modelos que explican la asimetría materia/antimateria se basan mecanismos que son capaces de «convertir» bariones (partículas formadas por quarks) en leptones (partículas como el electrón, muón y tau, que no sienten la interacción fuerte y no están formadas por quarks) y viceversa.  Ya hemos comentado que estos mecanimos se engloban bajo los nombres de: bariogénesis y leptogénesis, según las características y el tipo de partículas en los que se basa.

CASO 1:

Al generarse la materia se produce una asimetría entre bariones y leptones, y esto genera una pequeña deficiencia de antimateria con respecto a la materia. Entonces, el Higgs, que está interactúando con la materia le chiva a la partícula X2 lo que se está liando en el sector visible de la materia y que se está generando una asimetría. Posteriormente, la partícula X2 interactúa con la materia oscura (X1) y esta hereda la asimetría generada en el sector visible.

CASO 2:

En este caso la asimetría están en la materia oscura, hay más materia X1 que antimateria de dicho tipo. La partícula X2 actúa ahora como chivata al Higgs y este transmite la asimetría a bariones y leptones.

Después de estos procesos la capacidad de interactuar entre las partículas X y las partículas del modelo estándar está muy suprimida y por eso son prácticamente inobservables las partículas oscuras.

¿Esto es importante?

Pues sí, primero porque establece un mecanismo novedoso para explicar la asimetría materia/antimateria.  Segundo porque hay una nueva relación con la materia oscura, esto haría posible que a alta energía el Higgs pudiera desintegrarse en partículas de materia oscura.  Si se dan las condiciones adecuadas sería posible detectar su presencia en experimentos de alta energía, ¿tal vez en el LHC? No lo sé, tendremos que esperar para verlo.

Si quieres saber más, en el blog de Francis tienes más información:

Francis en @TrendingCiencia: Philip Anderson, el Higgs y la “higgsogénesis”

Nos seguimos leyendo…