Un equipo de físicos de la Facultad de Artes y Ciencias de la Syracuse University han confirmado que la materia y la antimateria se desintegran de manera diferente para las partículas elementales que contienen quarks encantados.
El distinguido profesor Sheldon Stone dice que los hallazgos son los primeros, aunque se ha observado antes asimetría de materia y antimateria en partículas con quarks extraños o quarks fondo.
Él y los miembros del grupo de investigación de High-Energy Physics (HEP) de la Facultad han medido, por primera vez y con una certeza del 99.999 por ciento, una diferencia en la forma en que los mesones D0 y los mesones anti-D0 se transforman en subproductos más estables.
Los mesones son partículas subatómicas compuestas de un quark y un antiquark, unidas por fuertes interacciones.
Stone dijo en un comunicado:
Ha habido muchos intentos de medir la asimetría de la materia y la antimateria , pero, hasta ahora, nadie ha tenido éxito. Es un hito en la investigación de antimateria”.
Los hallazgos también pueden indicar una nueva física más allá del Modelo Estándar, que describe cómo las partículas fundamentales interactúan entre sí.
Stone agrega:
Hasta entonces, tenemos que esperar los intentos teóricos para explicar la observación de manera menos esotérica”.
Una transformación de simetría CP intercambia una partícula con la imagen especular de su antipartícula. Crédito: CERN
Materia y antipartículas
Cada partícula de materia tiene una antipartícula correspondiente, idéntica en todos los sentidos, pero con una carga opuesta. Los estudios de precisión de los átomos de hidrógeno y antihidrógeno, por ejemplo, revelan similitudes más allá del decimal número mil millonésimo.
Cuando la materia y las partículas de antimateria entran en contacto, se aniquilan unas a otras en una explosión de energía, similar a lo que sucedió en el Big Bang, hace unos 14 mil millones de años.
Stone agrega:
Es por eso que hay tan poca antimateria que ocurre naturalmente en el Universo que nos rodea”.
La pregunta en la mente de Stone involucra la naturaleza igual pero opuesta de la materia y la antimateria.
Stone agrega:
Si la misma cantidad de materia y antimateria explotó en la existencia en el nacimiento del Universo, no debería haber quedado nada más que pura energía. Obviamente, eso no sucedió”.
Por lo tanto, Stone y sus colegas de LHCb han estado buscando diferencias sutiles en materia y antimateria para comprender por qué la materia es tan frecuente.
La respuesta puede estar en el CERN, donde los científicos crean antimateria al aplastar protones en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés), el acelerador de partículas más grande y poderoso del mundo. Cuanta más energía produce el LHC, más masivas son las partículas y las antipartículas que se forman durante la colisión.
Gran Colisionador de Hadrones. Crédito: Image Editor / Flickr
En los escombros de estas colisiones, científicos como Ivan Polyakov, postdoctorado en el grupo HEP de Syracuse, buscan ingredientes de partículas.
Quarks y antimateria
Recientemente, HEP estudió dos versiones de la misma partícula. Una versión contenía un quark encantado y una versión de antimateria de un quark up, llamado el quark anti-up. La otra versión tenía un quark anti-charm y un quark up.
Usando datos de LHC, identificaron ambas versiones de la partícula, en decenas de millones, y contaron el número de veces que cada partícula se descompone en nuevos subproductos.
Stone dice:
La proporción de los dos resultados posibles debería haber sido idéntica para ambos conjuntos de partículas, pero encontramos que las proporciones diferían en una décima parte de un porcentaje. Esto demuestra que la materia encantada y las partículas de antimateria no son totalmente intercambiables”.
El detector de LHCb en el CERN. Crédito: CERN
La idea de que la materia y la antimateria se comportan de manera diferente no es nueva. Estudios previos de partículas con quarks extraños y quarks de fondo han confirmado como tales.
Lo que hace que este estudio sea único, concluye Stone, es que es la primera vez que alguien ha sido testigo de partículas con quarks encantados que son asimétricos. Es algo que queda para la historia.
Los investigadores anunciaron el descubrimiento en un webcast del CERN y publicaron una pre-impresión de un artículo que detalla los resultados.
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