El CERN ha presentado un nuevo avance en la comprensión de la antimateria: la colaboración LHCb ha detectado una asimetría en el comportamiento de bariones y antibariones. Este hallazgo, calificado como un “descubrimiento fundamental”, aporta una pieza clave al enigma de por qué el universo está formado por materia y no por antimateria, revelando la importancia de sutiles desequilibrios en las leyes fundamentales de la naturaleza.
El CERN anuncia un nuevo hito en el estudio de la antimateria
El pasado 24 de marzo, durante la conferencia anual de Moriond en la que cada año se comparten los últimos avances de la física, la colaboración LHCb del CERN presentó un nuevo hito en nuestra comprensión de las sutiles, pero profundas, diferencias entre la materia y la antimateria: la detección de una asimetría en el comportamiento de bariones y antibariones.[1] Se trata de un logro importante y largamente esperado. Núria Rius, catedrática de la Universitat de València y directora del Instituto de Física Corpuscular, lo calificó como un “descubrimiento fundamental”[2]. En cambio, Sean Carroll, físico teórico de la Johns Hopkins University, lo describió como “una pequeña pieza de un rompecabezas mucho más grande”.[3]
En efecto, este hallazgo se inscribe en el avance gradual por resolver uno de los grandes enigmas de la ciencia: por qué prácticamente no existe antimateria en el universo, o, dicho de otro modo, por qué existe el universo de materia del que estamos hechos.
La antimateria: Una idea nacida de las matemáticas
Una de las particularidades más fascinantes de la antimateria es que nació de la teoría antes que de la observación. En 1928, el físico británico Paul Dirac, al unificar la mecánica cuántica y la relatividad especial para describir el electrón, formuló una ecuación que arrojó un resultado inesperado: predecía no una, sino dos partículas. Una era el electrón conocido; la otra, una partícula idéntica en masa pero con carga eléctrica opuesta: el positrón o antielectrón.
La teoría de Dirac también postulaba que si un electrón y un positrón se encontraban, se aniquilarían mutuamente, convirtiendo toda su masa en energía en forma de rayos gamma, de acuerdo con la célebre relación de Einstein E=mc2. Con esta predicción, nació el concepto de antimateria.
La existencia de los positrones se confirmó en 1932, cuando Carl Anderson los descubrió en los rayos cósmicos en el California Institute of Technology. Años más tarde, en 1955, un equipo de la University of California en Berkeley detectó el antiprotón utilizando el acelerador Bevatron.
Hoy en día, la existencia de una antipartícula “espejo” para cada partícula de materia constituye uno de los pilares fundamentales del Modelo Estándar de la física de partículas, la teoría que describe los componentes básicos del universo y sus interacciones.
Modelo Estándar, un modelo físico que conecta las matemáticas con el mundo real
El Modelo Estándar de la física de partículas, elaborado en los años 70 del pasado siglo, recoge en una sola ecuación todo el conocimiento existente sobre física de partículas. Describe el comportamiento de las partículas y fuerzas conocidas, como el electrón y los quarks que componen los átomos, y predijo la existencia de otras, que se han ido detectando posteriormente, entre ellas el esencial bosón de Higgs, cuyo descubrimiento en 2012 supuso la culminación experimental del modelo.
No obstante, no es una teoría completa: no abarca la Gravedad, ni explica la Materia oscura ni la Energía oscura. Aun así, funciona de forma extraordinariamente precisa dentro de su dominio. Como señaló el Premio Nobel Frank Wilczek: “El modelo estándar de física de partículas es maravillosamente exitoso”[4]. Y el físico teórico Glenn Starkman ha reiterado recientemente: “Es la teoría científica más precisa conocida […]. Todos los intentos por refutarlo […] han fracasado”.[5]
La simetría perfecta… y el misterio de la existencia
Según el Modelo Estándar para cada partícula existe una antipartícula con las mismas propiedades (masa, espín) pero con cargas opuestas. Y las ecuaciones que expresan las interacciones fundamentales no favorecen a la materia ni a la antimateria. En el universo temprano, extremadamente caliente y denso, la energía se convertía constantemente en pares partícula–antipartícula. Pero este proceso es reversible: cuando se encuentran, se aniquilan mutuamente, convirtiéndose de nuevo en energía.
Esto nos plantea un problema fundamental en nuestra comprensión del universo: la materia que compone todo lo que existe debería haber sido aniquilada por la antimateria que se creó con ella en el primer segundo después del Big Bang. Y, sin embargo, existimos gracias a este exceso de materia. ¿De dónde viene esta diferencia y dónde está la antimateria que falta?
En busca del origen del desequilibrio
Sabemos que actualmente hay en el universo alrededor de mil millones de fotones por cada protón o neutrón. Lo que se interpreta como que había aproximadamente 1 protón extra por cada mil millones de pares materia–antimateria en el universo temprano.
Andrei Sájarov proporcionó en 1967 una posible explicación. Estableció tres condiciones que permitirían que un universo que inicialmente contenía cantidades iguales de materia y antimateria evolucionara hasta convertirse en un universo dominado por la materia, tal y como lo vemos hoy en día.
El primer requisito era que el protón, la partícula fundamental de la materia nuclear, fuera inestable. El segundo era que las partículas de materia y sus antipartículas deben comportarse y desintegrarse de formas sutilmente diferentes (violación de las simetrías C y CP)[6]. La tercera condición era que el universo experimentara una fase de expansión extremadamente rápida.
Como señaló John Ellis, “el histórico artículo de Sájarov proporcionó el marco conceptual para generar un universo de materia, pero ha correspondido a las generaciones posteriores de físicos explorar los mecanismos específicos que hacen realidad sus ideas”. Desde entonces, numerosos experimentos intentan poner a prueba estas condiciones.
La primera condición no encaja con el Modelo Estándar, que asume que el protón es estable, y hasta hoy, pese a décadas de experimentos muy sensibles y costosos, no se ha observado su desintegración.
La tercera condición sí parece cumplirse, de acuerdo con el conocimiento actual de la cosmología: el universo temprano (durante la inflación cósmica y el enfriamiento) proporcionó condiciones fuera del equilibrio.
En cuanto a la segunda condición, la violación de simetría materia–antimateria, se ha observado experimentalmente en partículas como los kaones y mesones. No obstante, la cantidad de violación medida es miles de veces demasiado pequeña para explicar por sí sola el enorme desequilibrio de materia y antimateria en el universo.
Un ejército de científicos para una diferencia diminuta
La colaboración LHCb es un consorcio internacional coordinado desde el CERN que agrupa unas 1500 personas, pertenecientes a unas 150 instituciones (universidades y centros de investigación) distribuidas en 25 países. Los trabajos experimentales se desarrollan en uno de los cuatro grandes detectores del CERN, donde desarrollan su actividad unas 200 personas.
Para alcanzar el resultado anunciado se analizaron más de 80.000 desintegraciones de bariones Λb⁰ y de sus antipartículas, registradas en el detector LHCb durante colisiones protón–protón. Se compararon cuidadosamente los productos de desintegración en ambos casos, buscando diferencias en las tasas y en los ángulos de emisión de las partículas finales. Como explica María Vieites, firmante del estudio e investigadora del Instituto Gallego de Física de Altas Energías: La diferencia entre materia y antimateria en los bariones es “tan pequeña que hay que medir con una gran precisión, ese es el quid de la cuestión”.[7] Si materia y antimateria se comportaran exactamente igual, los patrones de desintegración deberían ser idénticos. Los físicos encontraron una diferencia estadísticamente significativa en la distribución de los productos de desintegración entre bariones y antibariones. Como informó la propia organización investigadora: “El equipo internacional encontró pruebas abrumadoras de que las partículas conocidas como bariones, como los protones y neutrones que componen los núcleos atómicos, están sujetas a una asimetría especular en las leyes fundamentales de la naturaleza que hace que la materia y la antimateria se comporten de manera diferente.”[8]
Nuestra existencia depende de sutiles mecanismos de las leyes de la Naturaleza
La existencia del universo y de nosotros mismos continúa siendo, a pesar de teorías y experimentos cada vez más precisos, un misterio. En 2021 el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), presentó el Libro Blanco Desafíos Científicos 2030, donde se afirma: “es extremadamente difícil explicar la ausencia observada de antimateria en un universo sin una asimetría finamente ajustada en las condiciones iniciales.”[9] Cuanto más profundizamos en el conocimiento de las leyes de la naturaleza, más nos asombra comprobar que nuestra existencia depende de delicados y sutiles desequilibrios en los cimientos mismos de la física.
Manuel Ribes. Instituto Ciencias de la Vida. Observatorio de Bioética. Universidad Católica de Valencia
Bibliografía
[1] LHCb Collaboration. Observation of charge–parity symmetry breaking in baryon decays. Nature 643, 1223–1228 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09119-3
[2] SMC España El LHCb del CERN observa por primera vez la asimetría materia-antimateria en bariones 16/07/2025 https://sciencemediacentre.es/el-lhcb-del-cern-observa-por-primera-vez-la-asimetria-materia-antimateria-en-bariones
[3] Gayoung Lee CERN Physicists Find Key Piece of the Matter-Antimatter Puzzle Gizmodo Media Group July 16, 2025 https://gizmodo.com/cern-physicists-find-key-piece-of-the-matter-antimatter-puzzle-2000629084
[4] Frank Wilczek Beyond the Standard Model arXiv:hep-ph/9304318v1 30 Apr 1993
https://doi.org/10.48550/arXiv.hep-ph/9304318 [5] Glenn Starkman Standard Model of Particle Physics: The Absolutely Amazing Theory of Almost Everything SciTechDaily JANUARY 15, 2022
[6] Simetría C (conjugación de carga): Es la simetría que transforma una partícula en su antipartícula, invirtiendo todas sus cargas (eléctrica, de color, etc.) pero dejando invariables otras propiedades como la masa o el espín.
Simetría P (paridad): Es la simetría que consiste en invertir todas las coordenadas espaciales de un sistema físico, como si lo viéramos en un espejo.
Simetría CP (conjugación de carga + paridad): Combina la simetría C con la simetría P
Violación CP: principio que dice que si se toma una partícula y se reemplaza por su antipartícula las leyes de la física no se comportan de manera idéntica.
[7] NTM/EFE ¿Por qué existe el universo en vez de la nada? El CERN arroja luz sobre cómo la materia venció a la antimateria Deia 16·07·25
[8] CERN A new piece in the matter–antimatter puzzle CERN Press release 25 MARCH, 2025
[9] María José Costa & Rainer Schödel Understanding the Basic Components of the Universe, its Structure & Evolution CSIC SCIENTIFIC CHALLENGES: TOWARDS 2030 ISBN Vol. 9: 978-84-00-10754-3
