TEORIA DEL BING BANG Y DEL UNIVERSO EN EXPANSION
Con el objeto de completar la descripción matemática de la teoría del Big Bang , se hace necesario especificar las ecuaciones de estado de la materia que tuvo lugar en diferentes eras de la evolución del universo. En consecuencia, podemos anticipar que van a intervenir a su debido tiempo tres componentes distintas: la radiactiva, la material, y la cuántica o del vacío.
Regresemos ahora a la pregunta inicial, ¿Sí todas las leyes físicas que rigen las partículas y las antipartículas son iguales a como lo dicta el experimento y la teoría, entonces porqué no encontramos antimateria ni en la Tierra ni en el Cosmos?. ¿Por qué todos los átomos en el mundo que nos rodea están estructurados de tal manera que su núcleo está compuesto de protones y neutrones y alrededor de éste giran los electrones?. ¿Si los átomos de antimateria logran ser sintetizados en el laboratorio, entonces ellos deben existir en la naturaleza?. ¿Acaso no es posible que existan planetas enteros de antimateria, estrellas, incluso galaxias?. ¿Dónde se encuentra este antímundo?.
En los años 60 muchos físicos y astrónomos estaban convencidos de que la materia y la antimateria estaban distribuidos en el universo intercaladamente, islas grandes y Pequeñas y archipiélagos separados por un océano de vacio cósmico, Como por el aspecto exterior, las regiones del espacio con materia y con antimateria no se diferencian en nada, algunos científicos suponían que los antimundos están localizados muy cerca, puede ser que Incluso se encuentren en las constelaciones vecinas. En algunos países fueron Impulsados programas de Investigación especialmente para buscar huellas de la radiación producto del proceso de aniquilación de antimeteoritos que eventualmente, entrarían en contacto con la atmósfera de nuestro planeta.
En aviones que subían hasta la estratosfera se instalaron detectores sensibles de radiaciones. Telescopios, espectrógrafos especiales analizaban cuidadosamente los destellos luminosos de meteoritos en el cielo nocturno.
Desgraciadamente este teoría no se comprobó. las búsquedas más cuidadosas de la radiación del proceso de aniquilación, radiación que debía nacer en el Cosmos en la frontera de las zonas de materia. y antimateria, en donde se combina el polvo y los gases compuestos por partículas y antipartículas, no tuvieron éxito. Ni una sola vez fue posible encontrar huellas de la aniquilación en los espectros de radiación de los meteoritos calcinados. También dieron resultados negativos los análisis de los componentes de los rayos cósmicos. Estos rayos en un 96% están compuestos de protones, el resto son partículas es y unos pocos núcleos de elementos pesados. Si las islas de materias y antimateria estuvieran distribuidas en el cosmos más o menos homogéneamente, entonces en los rayos cósmicos debería existir una cantidad significativa de mezcla de antiprotones y antinúcleos.
Puede suponerse que el Universo sólo globalmente es balanceado en cuanto al número de partículas y antipartículas, pero localmente es no homogéneo y los antimundos existen y se encuentran lejos, fuera de los límites de visibilidad de nuestros Instrumentos. Y si esto es así, entonces el descubrimiento de los antimundos es sólo cuestión de tiempo. En favor de esta hipótesis, parece ser que hablan los datos de la cosmología. Cuando 15‑20 mil millones de años atrás ocurrió la gran explosión ', la pramateria que se expande en todas direcciones no era solamente superdensa sino que extremadamente caliente. ¿Qué ocurrió en los primeros Instantes de esta explosión?. Es difícil Incluso Imaginárselo. Sin embargo cuando la materia amoria se expandió y se enfrió un poco, de ella comenzaron a desprenderse partículas, primero muy pesadas, para cuyo nacimiento se necesita mucha energía y después más y más partículas livianas. El Universo se convirtió en una especie de "sopa de quark”, donde los quarks y los antiquarsks y los gluones se unían para formar hadrones y casi inmediatamente de nuevo se desintegraban por la acción de las enormes temperaturas Y cuando la densidad de la materia bajó al nivel de los núcleos atómicos, se formaron los protones, neutrones y las correspondientes antipartículas. Esto ocurrió sólo una diezmilésima de segundo después del Big Bang. El diámetro del Universo no Superaba entonces los 30 kilómetros. La mayor parte de la materia que entonces se formó, se quemó en las llamas de los procesos de aniquilación y se convirtió en partículas más livianas y en radiación electromagnética. Otra parte más pequeña de materia se desintegró en núcleos y antínúcleos que se condensaron posteriormente en nebulosas, galaxias y demás objetos cósmicos. Toda la compleja cadena de proceso nucleares se realizó en unos cuántos millones de años, un instante, en comparación con los 15‑20 mil millones de años que han pasado desde el Bing-Bang y durante los cuales los restos de la gran explosión se han expandido en diferentes direcciones, Por eso puede suponerse que las distancias que separan los mundos y los antimundos son tan inmensamente grandes, que pueden compararse con las dimensiones del Universo. Sin embargo, sigue siendo un enigma, de qué manera en el Big‑Bang pudieron formarse y mantenerse amplias zonas homogéneas con mayor cantidad de materia (o antimateria).
No hace mucho tiempo fue planteada una hipótesis acerca de que la formación de zonas no homogéneas está ligada con los huecos negros microscópicos. La energía gravitacional de estos huecos se transforma en energía de los flujos de partículas, y esto significa que cada uno de estos huecos es una potente fábrica de antimateria.
Los cálculos muestran que si un hueco negro rota, entonces las partículas y antipartículas deben salir disparadas en direcciones opuestas. Esto tiene que ver con la asimetría de los microprocesos que crea las condiciones para la división materia antimateria. En la etapa moderna de evolución del Universo, los huecos negros microscópicos por lo visto no son suficientes para la producción de una cantidad considerable de antimateria. Sin embargo en los primeros momentos de la evolución del Universo, cuando la densidad de la materia en expansión era muy grande, era suficiente sólo un pequeño aumento en esa densidad para que ocurriera un colapso y se formara un hueco negro. La producción de antimateria, entonces ocurría a gran escala, y casi inmediatamente se daba la división de partículas y antipartículas, Es entonces cuando pudieron formarse zonas separadas de materia y antimateria, Sin embargo sigue siendo un enigma el porqué existe más materia en el Universo.
¿Cómo pudo ocurrir que las partículas nacieron más a menudo que las antipartículas, si ellas siempre surgen en pares?.
La teoría de la gran unificación predice la desintegración del protón. También el antiprotón es una partícula radiactiva. Sus tiempos de vida son enormes, mucho mayores que la edad actual del mismo Universo. Sin embargo esto no fue siempre así. En las primeras fracciones de segundos después del Bing Bang la extraordinariamente alta temperatura de la materia propició la desintegración de partículas y antipartículas. Ellas se desintegraban muy rápidamente y así de rápido se restablecían, Existía un equilibrio. Sin embargo la temperatura disminuyó, el restablecimiento se retardaba más y más respecto a la desintegración y el número de partículas pesadas disminuyó. Claro está que al mismo tiempo disminuyó la velocidad de las desintegraciones, por eso poco a poco nuevamente se estableció un equilibrio a un nivel cercano al actual.
Resulta ser que la velocidad de acumulación de materia y antimateria en un inicio eran diferentes y esto condujo a que el Universo al enfriarse se volvió asimétrico en lo que respecta al contenido de materia y antimateria. En término medio habían un poco más partículas que antipartículas.
A pesar de que según sus propiedades las partículas y antipartículas son simétricas, alguna diferencia entro ellas de todas maneras existe. Ellas se diferencian por las particularidades de sus procesos de desintegración. Hace 30 años, físicos norteamericanos observaron la desintegración de las partículas extrañas llamadas K-mesones, la cual mostró alguna diferencia en el comportamiento de las partículas y de las antipartículas. Es cierto que desintegraciones con violación de simetría ocurren raramente y sólo en los K‑mesones, en todos los demás casos, las partículas y las antipartículas se comportan de igual manera la idea acerca de que la simetría de partículas y antipartículas debe violarse en condiciones de temperatura y presión súper altas, es por el momento puramente teórica. Esta idea surge de los modelos de la “gran unificación”, los cuales predicen un pequeño excedente de materia sobre la antimateria. Cuando al paso de un largo tiempo después del Bing Bang se estableció un equilibrio todas las particulas se aniquilaron y se transformaron en neutrinos y en radiación electromagnética. Quedó sólo una pequeña parte de materia no compensada por las antipartículas y es precisamente de esta parte que se formaron todos los átomos de nuestro Universo.
Si este cuadro es cierto, entonces simplemente no hay antimundos, ellos hace mucho tiempo que se quemaron en las reacciones de desintegración y aniquilación. En un caso extremo pudieron haber quedado islas separadas de antimateria en las fronteras del ( Universo, entre otros restos del Bing Bang. ¿Qué es más probable?. Posiblemente la primera variante, en el universo no existen partes compuestas de antimateria.
Es una lástima, por supuesto, despedirse de un bonito sueño, del antimundo separado de nosotros por una pared de fuego producido por los procesos de aniquilación. La teoría y la práctica nos dicen que antipartículas en el actual mundo son sólo raros visitantes que nacen en las reacciones nucleares.
A.A. Fritiman descubrió el fenómeno más grandioso de todos los que nos podemos Imaginar. El nacimiento y expansión de todo el Universo. Pero su descubrimiento tenía que ver sólo con la geometría del espacio y el tiempo; la teoría del Bing Bang, en la cual de la pramateria se formó la materia de nuestro mundo, fue creada un cuarto de siglo después por otros científicos, en primer lugar George Gamov, conocido mundialmente por sus trabajos en mecánica cuántica. En los Estados Unidos él tomó parte en los cálculos ligados con la bomba atómica, fue uno de los primeros que descifró el código genético. Sus Investigaciones en astrofísica fueron extraordinarias.
La idea del nacimiento del mundo a”partir de un punto” en el Binq‑Bang no fue aceptada inmediatamente ni mucho menos, por los científicos, ninguna teoría, sin embargo puede pretender a ser universal. El mundo es inagotable, lo mismo que la concepción que se tenga de el. Tarde o temprano cualquier teoría es sustituida por otra más general y la anterior pasa a ser un caso particular. Esto mismo pasó con la cosmología clásica. En su lugar llegó la teoría del Bing Bang y del Universo en expansión.