El origen de la materia - Sigma Xi

EMMA SKURNICK/American Scientistlerones, la fuente de la violación delnúmero bariónico, son mucho másdébiles dentro de las burbujas (enel reino de la física ordinaria) quea extramuros de las mismas. Fuerano existe la “barrera” de energíaque en condiciones normales los esfaleroneshan de pasar por efectotúnel; suceden sin ninguna barreraque superar. Por tanto, la violaciónbariónica es fuerte fuera de las burbujasy mucho más débil dentro.Finalmente, como se recordará, abajas temperaturas los esfaleronesse debilitan tanto, que resultan despreciables.En la teoría electrodébil, al expandirselas burbujas y llenar todo elespacio, cada partícula del universoacaba por atravesar la pared de unade ellas hacia su interior. AndrewCohen, de la Universidad de Boston,junto con David B. Kaplan y AnnNelson, ahora en la de Washington,percibieron en 1990 que así se creaun mecanismo para la bariogénesis.Cuando los quarks encuentran lapared tienen cierta probabilidad depenetrar en el interior de la burbujao de rebotar hacia el exterior. Laviolación de CP permite que estaprobabilidad difiera para quarks yantiquarks, y para quarks levógiros ydextrógiros. Supongamos que se creauna asimetría de los antiquarks levógirosen la fase sin masa a extramurosde las burbujas. Los esfaleronesintentarán borrar esta asimetría; mas,al hacerlo, cambiarán el número bariónicototal, generando una asimetríabariónica. Finalmente, esos barionescaerán dentro de las burbujas, quellenarán el universo.Los esfalerones proceden con lentitudmayor dentro de la burbuja quefuera de ella. Como los ritmos noson iguales, los esfalerones quedanfuera del equilibrio en el interior dela burbuja. Tan decisivo resulta ello,que si no ocurriera así los esfaleronesdel interior de la burbuja destruiríanla asimetría bariónica creada por losque están fuera.En este repaso crítico he esbozadola trayectoria que seguí con micolaborador Kimmon Kainulainen,de la Universidad de Jyväskylä, deFinlandia, en nuestra reciente búsquedafallida de una teoría correctade la bariogénesis. Llegamos a unamanera de comprobar la teoría, a unapregunta cuantitativa: los esfaleronesfasede masa nulam=0de dentro de las burbujas de nuestrouniverso ¿son tan lentos como paraproducir la asimetría bariónica observada?Ello depende del tamaño de labarrera energética que deban superar;o, en el lenguaje de los físicos, de laintensidad de la transición de fase.Si la transición es demasiado débil,la asimetría bariónica se reduce sobremanera.Shaposhnikov y otros encontraronque la intensidad de la transición defase depende, en el modelo estándar,de la ligereza de ciertas partículas: elbosón de Higgs y el quark “cima”.Recientes resultados de experimentoscon aceleradores han demostradoque son bastante pesadas; en consecuencia,se debe admitir que latransición de fase resulta demasiadodébil para explicar la bariogénesis,a no ser que se añadan nuevos principiosfísicos hipotéticos. No todaslas condiciones de Sajarov puedensatisfacerse dentro del modelo estándar.asimetría bariónicaesfaleronespared de burbujaen movimientointerior de la burbujade fase masivam>0difusiónde bariones9. EN LA SITUACION DESCRITA en la figura 8, los procesos esfalerónicos son muchomás débiles dentro de las burbujas que fuera, donde no tienen que atravesar por efectotúnel una barrera de energía. Esa diferencia proporciona un mecanismo para la bariogénesis.Podría establecerse una asimetría de los antiquarks levógiros en la fase sin masa.Los esfalerones intentarían borrar la asimetría, pero así cambiarían el número bariónicototal, creando una asimetría bariónica. Los bariones se difundirían dentro de las burbujasque llenan el universo. Por desgracia, en el marco del modelo estándar de la física departículas las burbujas sólo se forman si ciertas partículas son más bien ligeras: recientesexperimentos realizados en aceleradores de partículas han probado que no son tanlivianas como se necesitaría.Supersimetría¿Qué nueva física nos ayudaría?Una de las ideas mejor motivadas,la supersimetría, o SUSY, nació en1970 en el Instituto Lebedev; la trajeronal mundo Yuri Golfand y suscolaboradores. La supersimetría extiendelas simetrías que caracterizanlas familias de partículas del modeloestándar y establece que, para cadaclase conocida de partícula que tengaun cuanto de espín, es el caso delos quarks y los leptones, existe unasupercompañera de espín nulo. Nose han descubierto aún tales partículas;por tanto, se cree que tienenmasas grandes, más allá de nuestracapacidad de detección. Pero SUSYlogra explicar —en realidad se inventópara explicarlo— otro de losmisteriosos números pequeños delmodelo estándar, la masa de la partículaHiggs.Las nuevas partículas predichaspor la supersimetría aumentan laintensidad de la transición de faseINVESTIGACIÓN Y CIENCIA, junio, 2005 55