Encuentran una nueva violación de la simetría CP que explica parcialmente la sobreabundancia de materia sobre antimateria.
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Usted, amigo lector, el que esto escribe, Internet, la pantalla sobre la que lee esto o este planeta sobre el que estamos no deberían de existir.
Al poco de darse el Big Bang, y si las leyes de la Naturaleza son simétricas, la cantidad de partículas y antipartículas debía de ser la misma y todas debían de haberse aniquilado entre sí. De ser así, el Universo sería actualmente sólo una sopa de radiación corrida hacia el rojo.
Pero si miramos a nuestro alrededor vemos que eso no es así, por lo que la mencionada simetría no se debe cumplir. De algún modo, la Naturaleza debe favorecer la aparición de materia sobre la antimateria. Lo malo es que, los mecanismos encontrados hasta ahora por los físicos de altas energías, pese a ser varios, no son suficientes como para explicar esa asimetría.
Ahora parece que los científicos del LHC han encontrado otro de esos mecanismos por el cual la materia y la antimateria se comportan distinto. Este mecanismo había sido predicho hace ya tiempo y lo han buscado durante décadas, pero las pruebas de su existencia han sido recabadas por el experimento LHCb ahora al observar el decaimiento de mesones D.
Recordemos que un mesón no es más que una partículas compuesta por un quarks y una antiquark. Según el modelo estándar, hay seis quarks agrupados en tres familias: arriba/abajo, encantado/extraño y cima/fondo. El mesón D contiene un quark o un antiquark encantado.
Desde hace ya mucho tiempo, los físicos saben que ciertas interacciones entre partículas producen diferencias en el comportamiento de partículas de materia y de antimateria. Este fenómeno permite crear un desequilibrio entre materia y antimateria que se conoce como violación de la simetría CP, cuyas siglas provienen de carga y paridad.
La simetría C, o simetría de carga, sostiene que las leyes de la Física son las mismas si se intercambian las partículas con carga positiva con las de carga negativa. La simetría P dice que las leyes de la física permanecen inalteradas vistas en un espejo. La simetría CP es la combinación de ambas.
Desde los años sesenta se han encontrado violaciones de la simetría CP para mesones K y mesones B. Se había encontrado esta violación en partículas en las que participaban quarks extraños y quarks belleza, pero no en partículas con quarks encantados. Obviamente, no se había visto hasta ahora para mesones D, que incluye quarks encantados.
Hay dos versiones del mismo mesón D. Una de ellas contiene un quark encantado y un antiquark arriba. La otra contiene un antiquark encantado y un quark arriba.
El efecto de la violación CP en mesones D es tan pequeño que ha sido muy difícil de medir. Se necesitaron los datos acumulados desde 2011 a 2018 para tener un conjunto de datos suficiente.
En los experimentos del LHCb se trataba de ver cómo mesones D y los antimesones D decaían en las subsiguientes partículas. Si no hubiera violación CP estas reacciones serían las misma que ambos casos invirtiendo la carga (simetría C) y mirándola a la vez como si hubiera un espejo (simetría P).
Los datos del LHC permiten identificar las dos versiones del mesón D y contar el número de veces que cada tipo de mesón decae en los diversos subproductos en forma de partículas.
Si hubiera simetría CP los resultados deberían ser idénticos en ambos tipos de mesón, pero difieren en un caso de cada mil, por lo que los papeles de la materia y la antimateria no son completamente intercambiables. Es la primera vez que se observa comportamiento asimétrico en quarks encantados.
Encontrar nuevas violaciones de la simetría CP es todavía uno de los grandes retos de la Física de partículas.
Aunque el efecto observado en el mesón D es pequeño y no explica por sí sólo la predominancia de materia sobre la antimateria, contribuye a ella. Además, es un punto de partida para buscar desviaciones del Modelo Estándar, que en última instancia explique la asimetría entre materia y antimateria completamente.
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Fuentes y referencias:
Nota de prensa [2]
Ilustración: CERN.