Los físicos del acelerador de partículas más grande del mundo han hecho un descubrimiento pionero sobre la antimateria que podría ayudar a resolver uno de los mayores misterios del universo. El descubrimiento, realizado en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, cerca de Ginebra, ha revelado que un primo de corta vida de los protones y neutrones, el barión lambda, se desintegra a un ritmo diferente que su contraparte de antimateria.
Este efecto, denominado violación de la paridad de carga (CP), se refiere a partículas de carga opuesta, como la materia y la animamateria, que se comportan de forma diferente. Es una explicación crucial de por qué la materia pudo dominar a la antimateria en el universo primitivo; sin ella, el universo sería un vacío.
A pesar de ser una razón clave por la que estamos aquí en primer lugar, la cantidad de violación de CP predicha por el Modelo Estándar de física de partículas es demasiado pequeña para explicar la abundancia de materia en nuestro universo. Es más, esta violación solo se había detectado previamente en partículas compuestas por pares quark-antiquark, llamadas mesones. No se había observado en bariones, partículas de tres quarks, como los protones y los neutrones, que constituyen la mayor parte de la materia visible del universo.
Esta detección, pionera en su tipo, ha cambiado esta situación, abriendo potencialmente una vía para la búsqueda de física más allá del Modelo Estándar. Los investigadores presentaron sus hallazgos el 24 de marzo en la conferencia Rencontres de Moriond en La Thuile, Italia, y publicaron un estudio no revisado por pares en el servidor de preimpresión arXiv.
“La razón por la que se tardó más en observar la violación de CP en bariones que en mesones se debe a la magnitud del efecto y a los datos disponibles”, declaró Vincenzo Vagnoni, portavoz del experimento de belleza del Gran Colisionador de Hadrones (LHCb), responsable de la detección. “Se necesitaron más de 80.000 desintegraciones bariónicas para que observáramos por primera vez la asimetría materia-antimateria con esta clase de partículas”.
El caldo de la creación
Según el modelo estándar de cosmología, después del Big Bang, el cosmos joven era un caldo de plasma hirviente de partículas de materia y antimateria que surgieron y se aniquilaron entre sí al entrar en contacto. La teoría predice que la materia y la antimateria dentro de esta sopa de plasma deberían haberse aniquilado mutuamente por completo. Pero los científicos creen que un desequilibrio desconocido —probablemente una violación de CP en las desintegraciones que involucran la fuerza nuclear débil— permitió que se produjera más materia que antimateria, evitándola así de la autodestrucción.
Para buscar la violación de CP en bariones, los investigadores del LHCb analizaron minuciosamente los datos de innumerables interacciones de partículas (en las que los protones chocan aproximadamente 25 millones de veces por segundo) que ocurrieron entre 2009 y 2018. Contabilizaron las desintegraciones del barión lambda de belleza buscando los caminos reveladores formados por sus productos de desintegración (un protón, un kaón y un par de piones con carga opuesta) junto con las desintegraciones de su contraparte de antimateria correspondiente.
Su análisis reveló que la diferencia entre los números de desintegración de los bariones lambda de belleza y los bariones lambda de antibelleza era del 2,45% desde cero, con una incertidumbre de aproximadamente el 0,47%. Esto se midió con una significancia estadística de 5,2 sigma, superando el resultado de cinco sigma que los físicos utilizan como el “estándar de oro” para anunciar un nuevo descubrimiento. Con el hallazgo confirmado, los físicos dicen que buscarán aún más violaciones de CP cuando el LHC se active nuevamente en 2030, y recopilarán más datos sobre el mecanismo clave que probablemente permitió la existencia de nuestro universo.
“Cuantos más sistemas observemos violaciones de CP y más precisas sean las mediciones, más oportunidades tendremos de poner a prueba el Modelo Estándar y de buscar física más allá de él”, afirmó Vagnoni. “La primera observación de una violación de CP en una desintegración bariónica allana el camino para futuras investigaciones teóricas y experimentales sobre la naturaleza de la violación de CP, lo que podría ofrecer nuevas restricciones para la física más allá del Modelo Estándar”.
Fuente: Live Science.
