Cómo explica el universo con simetría CPT los sucesos anómalos de ANITA

Por Francisco R. Villatoro, el 23 mayo, 2020. Categoría(s): Ciencia • Física • Materia oscura • Noticia CPAN • Noticias • Physics • Science ✎ 20

Supongo que ya sabrás que «científicos de la NASA detectan evidencias de un universo paralelo donde el tiempo corre hacia atrás» (Marca, 20 may 2020). También sabrás que «la NASA no ha detectado un universo paralelo donde el tiempo corre hacia atrás» (Marca, 23 may 2020). Y que casi todos los medios españoles e internacionales que publicaron la primera noticia la han sustituido en su web por la nueva (hablamos de ello en el podcast Coffe Break Ep. 268). Ahora bien, quizás te preguntes cómo explica el universo con simetría CPT de Turok et al. (2018) las dos señales anómalas observadas por el experimento ANITA. La idea es sencilla, el universo simétrico CPT requiere que los neutrinos observados sean partículas de Majorana y que además existan neutrinos dextrógiros de gran masa, candidatos a partículas de materia oscura, con una masa similar a la energía de las dos señales anómalas observadas por ANITA. Una hipótesis muy especulativa que compite con otras mucho menos especulativas.

«Los dos misteriosos rayos cósmicos observados por ANITA» (LCMF, 12 oct 2018), observó dos sucesos anómalos con energías 0.6 ± 0.4 EeV (ANITA I) y 0.6 ± 0.3 EeV (ANITA III); recuerda que EeV significa exaelectrónvoltios, es decir, millones de TeV (teraelectrónvoltios). Estas dos señales parecen originadas por neutrinos tau, pero son anómalas porque su polarización está invertida; su origen debería ser un neutrino tau que interaccionase con la materia de la corteza terrestre bajo el hielo de la Antártida (que el globo sonda que carga ANITA sobrevuela a unos 40 km de altura). Sin embargo, el modelo estándar no permite que un neutrino tau con dicha energía pueda interaccionar de esta forma. Si se confirmaran estos dos sucesos anómalos de ANITA con nuevas observaciones (IceCube descartó su existencia, LCMF, 28 ene 2020), entonces sería necesaria nueva física más allá del modelo estándar.

Anchordoqui et al. (2018) usan el universo con simetría CPT de Turok et al. (2018) para explicar las dos señales anómalas de ANITA. El universo con simetría CPT exige que los tres neutrinos ligeros sean partículas de Majorana, así los neutrinos levógiros y los antineutrinos dextrógiros observados serían los estados levógiros y dextrógiros de una única partícula idéntica a su antipartícula. Pero dicha idea no explica la materia oscura. La extensión más sencilla del modelo estándar que la explica requiere añadir otros tres neutrinos pesados de Majorana con estados dextrógiros y levógiros. Los nuevos neutrinos dextrógiros debería tener una masa de unos 0.5 EeV (≈ 480 PeV). La materia oscura estaría formada por estos neutrinos dextrógiros pesados se acumularía en el núcleo de la Tierra. Para explicar la señal de ANITA tendrían que desintegrarse en un bosón de Higgs y en un neutrino (ligero) tau, que se propagaría hasta la corteza terrestre donde podría interaccionar con algún nucleón produciendo un leptón tau de alta energía, responsable último de la señal anómala observada por ANITA.

La explicación requiere, además del universo con simetría CPT, una versión extendida del modelo estándar. Como puedes imaginar, se puede proponer una explicación similar sin recurrir al universo con simetría CPT, basta usar una extensión del modelo estándar con los neutrinos dextrógiros adecuados. La navaja de Ockham pide a gritos esta segunda especulación. Pero los «universos paralelos» son tan atractivos para el público general que prescindir de ellos penaliza el eco mediático de la especulación. Puedes leer el artículo original en Luis A. Anchordoqui, Vernon Barger, …, Thomas J. Weiler, «Upgoing ANITA events as evidence of the CPT symmetric universe,»  Letters in HEP 1: 13 (2018), doi: https://doi.org/10.31526/LHEP.1.2018.03arXiv:1803.11554 [hep-ph] (30 Mar 2018); el universo con simetría CPT se publicó en Latham Boyle, Kieran Finn, Neil Turok, «CPT-Symmetric Universe,» Physical Review Letters 121: 251301 (20 Dec 2018), doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.121.251301arXiv:1803.08928 [hep-ph] (23 Mar 2018); Michael Schirber, «Universe Preceded by an Antiuniverse?» APS Physics, 20 Dec 2018.

¿Por qué estas ideas publicadas hace dos años con mucho eco mediático han vuelto a generar más eco mediático? Quizás por el artículo de Ignazio Licata, Davide Fiscaletti, …, Fabrizio Tamburini, «CPT Symmetry in Projective de Sitter Universes,» arXiv:2002.07550 [gr-qc] (18 Feb 2020), que fue la mecha que prendió la escritura del artículo de Jon Cartwright, «We may have spotted a parallel universe going backwards in time,» New Scientist, 08 Apr 2020. Como dijimos en en el podcast Coffe Break Ep. 268 es posible que los «periodistas» que se hicieron eco de este artículo periodístico no pudieran leerlo porque requería suscripción; si solo se leen los primeros párrafos (que son de acceso gratuito) uno se hace una idea muy incorrecta del resto del contenido del artículo. O quizás, teniendo acceso a todo el artículo, ni siquiera se molestaron en leerlo completo, pues para qué hacerlo si los primeros párrafos bastan para escribir una noticia sensacionalista como n Michael Moran, «NASA scientists detect parallel universe ‘next to ours’ where time runs backwards,» Daily Star, 17 May 2020.

Por cierto, la idea especulativa de Turok et al. sobre el universo con simetría CPT consiste en explicar la asimetría entre materia y antimateria adelantándola hasta el mismo origen del big bang. Si se produjeron dos universos (nuestro universo y un antiuniverso), sería compatible que el modelo estándar y toda la física conocida sea invariante CPT y que nuestro universo esté dominado por la materia (estando el antiuniverso dominado por la antimateria). Adelantar el origen de la asimetría materia-antimateria es compatible con las observaciones cosmológicas (al menos, hasta que observemos las ondas gravitacionales primordiales producidas por la inflación cósmica gracias a los modos B en la polarización del fondo cósmico de microondas).

¿Por qué se dice que el antiuniverso es un «universo paralelo donde el tiempo corre hacia atrás»? En realidad, el tiempo a escala cosmológica está asociado a la expansión del espaciotiempo tiempo y tanto el universo como el antiuniverso se expanderán de forma similar, con una flecha de tiempo propia muy similar. Así el tiempo en el antiuniverso irá hacia adelante para los observadores que lo pueblen. Lo mismo ocurre si recurrimos a la flecha del tiempo termodinámica, que la entropía no puede decrecer, que se cumplirá tanto en el universo como en el antiuniverso. La flecha del tiempo corre en el mismo sentido dentro de ambos universos paralelos. Sin embargo, para un (super)observador externo al par universo-antiuniverso, las flechas de tiempo tendrían que ir en sentidos opuestos (una hacia el futuro y otra hacia el pasado para el tiempo del (super)observador externo). Pero, como es obvio, por definición de universo (o de par universo-antiuniverso), no tiene sentido la existencia de un (super)observador externo. Por tanto, no es correcto decir que en el antiuniverso del modelo cosmológico con simetría CPT de Turok et al. fluya el tiempo hacia atrás.



20 Comentarios

      1. La verdad es que apenas veo la TV, y si quiero ciencia voy a sitios cómo aquí o otros especializados aunque sea en inglés y si es posible leo después el abstract, y el preprint/artículo si está disponible. Sé que en esos sitios se sabe de que habla a diferencia de los medios generalistas.

  1. Gracias por la aclaración . De todos modos será interesante estar al pendiente de las anomalías registradas. Que pueden ser causadas por algún tipo de error, de entre una lista grande de posibles errores.

    1. Aún no se han publicado los resultados de ANITA IV (tomó datos a finales de 2016); se está realizando un análisis ciego (blinded), así que no se sabrá nada hasta poco antes de la publicación, cuando sean desvelados (unblinding). Creo que se publicarán este año (no sé cómo afectará la crisis COVID); así que habrá que estar al tanto.

      1. Muy simple, si el universo surgió de una fluctuación cuántica y la materia en el nuestro primó por razones que desconozco , perfectamente pueden existir otros universos nacidos también de fluctuaciones cuánticas en los que la antimateria terminó por decantarse finalmente . No existe una ley que prohíba la existencia de un universo de antimateria.

  2. Buenas,
    No soy físico y hay cosas que no termino de entender, y por eso me surge una duda con este modelo cpt. ¿No debería haber señales en la expansión de nuestro universo? Debería haber influido en la expresión de nuestro universo de alguna forma ¿no?

  3. Cualquiera sabe que para un positrón, el tiempo pasa al revés, de ahí a proyectar un universo de antimateria y que el tiempo corra en reversa no cuesta tanto creo yo, y a millones de personas ávidas de noticias sensacionalistas les parecerá un manjar .

        1. En los diagramas de Feynman se representa con una flecha invertida respecto al electrón, lo que de forma ingenua sugiere que avanza hacia atrás en el tiempo; pero esto es falso de toda falsedad. Cualquier libro de física de partículas te lo explica en detalle.

          1. Pero las coordenadas espaciales en un electrón son (x, y, z) y en un positrón (-x, -y, -z). Eso en la práctica que significa entonces ?

  4. Genial el remate…el superobservador es metafísica eso esta claro…pero toda teoria lo utiliza de alguna forma para plantear las ecuaciones….recuerdo que escribiste de ello en alguna ocasión. Creo que desde que citan a socrates a descartes a hegel y en la actualidad muchos creen hablar de observadores cuando son superobservadores, es importante aclararlo cada vez posible.

  5. A mi lo que me encanta es que metan a la NASA, que, si bien formó parte del desarrollo del observatorio, no tiene a ningún investigador relacionado en estos trabajos… es como si tuviesen que meterlo con calzador para que la noticia tenga más «empaque».

  6. Hola, que tal? me encantado el paper. Hay una cosa que no acabo de entender y no se si ya has hablado de ella antes o no. Es esta oración «o mismo ocurre si recurrimos a la flecha del tiempo termodinámica, que la entropía no puede decrecer, que se cumplirá tanto en el universo como en el antiuniverso», en el ultimo párrafo,Que quiere decir que la entropía no pude decrecer? que es constante desde el inicio del universo la entropía total de en el o que aumenta desde el inicio del mismo ?

    1. Te recomiendo consultar un libro de termodinámica. En los procesos reversibles la entropía es constante (por ejemplo, en la evolución unitaria, sin proceso de medida, de un sistema cuántico). En los procesos irreversibles la entropía crece (por ejemplo, tras una medida de un sistema cuántico).

      La expansión cósmica no es un proceso reversible, luego la entropía total del universo crece.

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