NeoFronteras

Proponen que la antimateria y la materia se repelerían debido a la una fuerza de antigravedad.

Hace unos años la Cosmología parecía explicar bien el Universo. Bastaba saber la cantidad de materia que contenía para deducir el destino final del mismo y su geometría. Al fin y al cabo, sólo había una inercia provocada por el Big Bang y la gravedad de la materia de su interior que se oponía a ese movimiento. Incluso asumiendo una densidad de materia baja, el destino de un Universo abierto no parecía muy catastrófico, ya que el tiempo necesario para una dilución casi total de la materia en un espacio inmenso era extremadamente grande.
La situación cambió cuando al estudiar supernovas de tipo Ia se descubrió que la expansión del Universo se estaba acelerando y que, por tanto, la velocidad a la que se expande el mismo (medido por la constante de Hubble) aumenta en el tiempo.
Como no se sabía muy bien la causa de esa aceleración se le denominó energía oscura. Aquí “oscura” hace referencia más bien a nuestra ignorancia sobre su naturaleza en lugar de a sus propiedades ópticas.
Desde entonces se han propuesto muchas soluciones a la naturaleza de la energía oscura. La que parece encajar bien es la constante cosmológica, aunque no sea posible explicar bien el valor que parece tener. Sería más natural explicar que su valor es cero que cualquier otro valor.
A falta de más datos experimentales, la energía oscura ha sido terreno abonado para toda clase de especulaciones. Algunas de esas ideas las hemos cubierto en NeoFronteras.
Ahora, una nueva propuesta atrevida mantiene que la energía oscura sería una antigravedad producida entre materia y antimateria. Esta idea mataría además dos pájaros de un tiro pues no habría necesidad de explicar la asimetría entre materia y antimateria en el Universo, simplemente no existiría o sería muy débil.
La antimateria está hecha de antipartículas. Una partícula y una antipartícula tienen sus números cuánticos opuestos, pero una antipartícula no está hecha de «antimasa». La inexistencia de tal antimasa ha hecho creer a los físicos que la antimateria se comportaría en el campo gravitatorio de la misma manera que la materia ordinaria.
Pero los experimentos gravitatorios con antimateria son muy complicados de realizar. Generalmente sólo se dispone de unas pocas partículas que pesan prácticamente nada. Se han propuestos varios experimentos con antiprotones circulando en columnas verticales, pero no parece que haya resultados interesantes al respecto.
Massimo Villata, del Osservatorio Astronomico di Torino, propone que la fuerza de gravedad entre materia y antimateria sería repulsiva y que esto se puede encontrar en la Teoría General de la Relatividad (RG). Según él no se requieren cambios en las teorías establecidas. Básicamente a un antiNewton le cae una antimanzana en la cabeza, al igual que a Newton le cae la manzana, pero a Newton no le caería una antimanzana, sino que ésta sería repelida por la gravedad de la Tierra.
Según Villata no hace falta buscar ideas heréticas respecto a la Física conocida, sino que la antigravedad surge de manera natural de la RG y de la simetría CPT. Básicamente la antimateria puede considerarse una materia que se mueve hacia atrás en el tiempo.
La simetría CPT liga la carga, la paridad (esto tiene que ver con el intercambio entre derecha e izquierda y con el cambio en el spin de las partículas) y el tiempo. Si se da esta simetría en la Naturaleza (hasta ahora no se han encontrado pruebas de lo contrario pero se sospecha que se puede romper) significa que para transformar un sistema físico de materia en su equivalente en antimateria descrito por las mismas leyes físicas no sólo hace falta reemplazar las partículas por antipartículas (la C) sino que además hay que efectuar una operación PT. Bajo esta perspectiva la antimateria puede verse como materia normal que sufre una transformación CPT completa en el que la carga, la paridad y el tiempo se invierten. Aunque la carga no afecta a la gravedad, la paridad y el tiempo juegan un papel. Así que aunque la antimateria tiene masa positiva puede ser considerada que tiene una masa gravitatoria negativa, pues en la RG la masa también dependería de la sensibilidad a PT. Naturalmente Villata tiene que asumir que la RG es invariante bajo CPT para que todo funcione.

Esquema del experimento AEGIS. Está basado en la difracción de antihidrógeno en la campo gravitarorio terrestre. Fuente: CERN.

Según dice Villata la simetría CPT implica que la antimateria existe en un espacio-tiempo invertido. El signo menos aparece en las ecuaciones de movimiento si, por ejemplo, dejamos una antimanzana en el campo gravitatorio de la Tierra. En ese caso la antimanzana sería repelida.
Si todo esto es verdad tendría importantes consecuencias. Todos sabemos que la materia y antimateria se aniquilan entre sí, pero si se repelen gravitatoriamente entonces es posible que haya regiones aisladas de materia y antimateria en el Universo y que haya una fuerza de antigravedad que las aleje entre sí. De este modo el Universo estaría sufriendo una expansión extra debido a este efecto y no haría falta invocar a la energía oscura. Incluso quizás no sería necesaria la materia oscura.
Según Villata la antimateria existiría en los grandes vacíos de decenas de Megaparsecs de diámetro que hay entre los supercúmulos de galaxias. En estudios previos se propuso que esos vacíos se formarían a partir de pequeñas fluctuaciones del campo de densidad primordial. La mala noticia es que todavía no se ha observado antimateria (ni nada) en esos vacíos.
La idea es cuanto menos arriesgada. La antimateria se agregaría igual que la materia y se producirían antiplanetas, antiestrellas y antigalaxias que emitirían luz ordinaria que deberíamos ver y no vemos. De los “vacíos” que dice Villata no nos viene ningún tipo de luz. Otro problema es que tanto la fuerza de gravedad como la de antigravedad tienen la propiedad de disminuir con el inverso del cuadrado de la distancia. Por tanto, la repulsión que Villata describe debe disminuir con el tiempo según el Universo se expande y, por tanto, no habría aceleración en la expansión, pues cuanto más se expande el Universo más disuelta está la masa, sea de materia o de antimateria. Por el contrario en la teoría alternativa más aceptada, la de la constante cosmológica, está está originada por el propio espacio y no por la materia que lo contiene, según el Universo se expande y se crea más espacio, los efectos de la constante cosmológica se hacen más intensos y sí se produce aceleración en la expansión.
Pero puede que pronto salgamos de dudas. El experimento AEGIS ya diseñado en el CERN estudiará el comportamiento de materia y antimateria en el campo gravitatorio terrestre. La idea es comparar el comportamiento de átomos de hidrógeno y antidrógeno (de momento las antimanzanas no se pueden conseguir y habrá que esperar a producir y controlar el antihidrógeno) cuando se pueda producir y almacenar apropiadamente. Si su comportamiento es el mismo entonces esta idea iría directamente a la basura.

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Fuentes y referencias:
Artículo en ArXiv.
Artículo en Europhysics Letters.
Foto cabecera: NeoFronteras.