En 1998, los científicos descubrieron que el Universo se está expandiéndo a un ritmo acelerado. En la actualidad, la explicación más ampliamente aceptada para esta observación es la presencia de una energía oscura no identificada, aunque otras posibilidades se han propuesto.Una de estas alternativas es que algún tipo de gravedad repulsiva - o antigravedad - está empujando el universo a separarse.Como muestra un estudio reciente, la relatividad general predice que la interacción gravitatoria entre la materia y la antimateria es mutuamente repulsiva, y podría explicar la expansión observada del universo sin necesidad de energía oscura.
Desde que la antimateria fue descubierta en 1932, los científicos han estado investigando si su comportamiento gravitacional es atractivo - como la materia normal - o repulsivo. Aunque las partículas de antimateria tienen la carga eléctrica opuesta de sus partículas de materia asociadas, las masas de las partículas de la antimateria y la materia son exactamente iguales. Lo más importante,es que las masas son siempre positivas. Por esta razón, la mayoría de los físicos piensan que el comportamiento gravitatorio de la antimateria debería ser siempre atractivo, como lo es para la materia. Sin embargo, la cuestión de si la interacción gravitatoria entre la materia y la antimateria es atractiva o repulsiva hasta el momento no tiene respuesta clara.
En el nuevo estudio, Massimo Villata del Observatorio Astronómico de Turín (Observatorio de Turín) en Pino Torinese, Italia, ha demostrado que una respuesta se puede encontrar en la teoría de la relatividad general. Como explica Villata, la actual formulación de la relatividad general predice que la materia y la antimateria son auto-atractiva, sin embargo, la materia y la antimateria se repelen mutuamente. A diferencia de las propuestas de antigravedad anteriores - como la idea de que la antimateria es gravitatoriamente auto-repulsiva –La propuesta de Villata no requiere cambios a las teorías bien establecidas. El estudio se publica en una edición reciente del EPL ( Europhysics Letters ).
"La importancia de este estudio es en realidad doble", dijo Villata. "Por un lado, el de la física en general, por haber demostrado que uno de los conceptos más heréticos debatidos en los últimos decenios, es decir, el de antigravedad, se puede encontrar como una predicción de la unión de dos de las mejores teorías establecidas del siglo pasado, proporcionándo la extensión de la relatividad general a la antimateria, considerándola como materia que invierte el espacio-tiempo, según lo requerido por la simetría CPT. Por otro lado, las implicaciones cosmológicas de esta investigación han demostrado a la antigravedad como una alternativa (o explicación) del concepto borroso de la energía oscura para la expansión acelerada del Universo . "
Al principio, la idea de la gravedad repulsiva entre la materia y la antimateria parece ir en contra de la intuición, dado que nosotros usualmente consideramos a la masa de ser el único componente que determina el comportamiento gravitatorio de un objeto.Pero, como explica Villata, no es sólo la masa la que participa en la gravedad sino en este caso, el tiempo y la paridad están también involucrados.
La idea se basa en el concepto de que todas las leyes físicas tienen simetría CPT (carga, paridad y tiempo) .La simetría CPT significa que, con el fin de transformar un sistema físico de materia en un sistema equivalente de antimateria (o viceversa), descrito por las mismas leyes físicas, no sólo deben ser reemplazadas las partículas por su correspondiente antipartícula (operación C), sino una transformación adicional PT también es necesaria.
Desde esta perspectiva, la antimateria se puede ver como materia normal que ha sufrido una transformación completa CPT, en la cual su carga, paridad y tiempo son todos invertidos . A pesar de que el componente de carga no afecta a la gravedad, la paridad y el tiempo afectan a la gravedad mediante la inversión de su signo. Así, aunque la antimateria tiene masa positiva, puede ser considerada como que tiene masa gravitatoria negativa, ya que la carga gravitacional en la ecuación de movimiento de la relatividad general no es simplemente la masa, sino que incluye un factor que es sensible a la PT y produce el cambio de signo.
Como explica Villata, la simetría CPT significa básicamente que la antimateria existe en un espacio-tiempo invertido (la operación P invierte el espacio, y la operación T invierte el tiempo). El da la siguiente analogía: si una anti-manzana cae sobre la cabeza de un anti-Newton sentado sobre una anti-Tierra, ella caería exactamente de la misma manera como si todos estos objetos estuvieran hechos de materia normal. Pero si una anti-manzana cae sobre la Tierra (normal), o una manzana (normal) cae sobre una anti-Tierra, entonces el resultado es diferente. En ambos casos, un signo menos emerge en la ecuación de movimiento, el cual invierte la interacción gravitatoria entre la anti-manzana y la Tierra, o la manzana y la anti-Tierra, por lo que es repulsiva.
La predicción teórica de la antigravedad entre la materia y la antimateria podría tener consecuencias significativas, si es verdad. Siempre que la materia y la antimateria se encuentran, se aniquilan y producen fotones. Pero si la materia y la antimateria se repelen entre sí, entonces ellas tenderían a aislarse la una de la otra y no aniquilarse. La fuerza de esta repulsión de materia-antimateria podría explicar por qué el Universo se está expandiéndo a un ritmo acelerado, lo que elimina la necesidad de energía oscura y, posiblemente,de la materia oscura.
Villata sospecha que la antimateria podría existir en el Universo en grandes escalas de vacío que se han observado en la distribución de los cúmulos de galaxias y supercúmulos. Estudios previos han encontrado que estos vacíos se pueden originar a partir de pequeñas fluctuaciones negativas en la densidad del campo primordial, la cuales repelen a la materia circundante - como si tuvieran una masa gravitatoria negativa. Con diámetros de decenas de megaparsecs (alrededor de un centenar de millones de años luz), estos vacíos son las más grandes estructuras del Universo. El problema es que, hasta ahora, los investigadores no han observado la antimateria en estos lugares. Villata planea investigar esta cuestión en un próximo estudio sobre la invisibilidad de la antimateria en los vacíos.
"Las ideas relevantes están ahí, pero estoy buscando la mejor manera de formalizarlas", dijo. "Sin embargo, usted puede encontrar anticipaciones sobre esto y muchas otras características de la materia viajando atrás en el tiempo en la novela de Max Wells (que es mi seudónimo literario, en honor de JC Maxwell y HG Wells), La Flecha oscura del tiempo, que está actualmente publicada sólo en italiano (La freccia oscura del tempo), pero espero encontrar una edición en inglés pronto. "
Como para probar la posibilidad de la antigravedad entre materia y antimateria, el próximo experimento AEGIS en el CERN podría proporcionar algunas respuestas.El experimento comparará como la gravedad de la Tierra afecta a los átomos de hidrógeno y antihidrógeno, y podría dar a los científicos una mejor comprensión de las propiedades gravitacionales de la antimateria.
"La antigravedad siempre ha sido polémica, y probablemente seguirá siendo así hasta que podamos obtener una respuesta experimental (o de observación) ", dijo Villata. "Sin embargo, espero que mi trabajo, mientras tanto, pueda por lo menos disipar algunos prejuicios en contra de la antigravedad."
"La expansión del Universo, o sea su infinidad creciendo"
"End of transmission"
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