El experimento LHCb ofrede una nueva forma de investigar la asimetría entre la materia y la antimateria [Maximilien Brice/CERN].
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Origen y evolución del universo Abr/Jun 2013 Nº 72
A través de una selección de artículos escritos por destacados expertos, este monográfico proporciona un panorama general de los fundamentos de la cosmología moderna, sus principales líneas de investigación y los grandes retos a los que aún debe hacer frente. El contenido se organiza alrededor de tres ejes: huellas del universo primitivo, evolución cósmica a gran escala y cosmologías alternativas.
Un experimento del Gran Colisionador de Hadrones (el LHC), el acelerador de partículas más potente del mundo, ha encontrado una nueva forma que tienen la materia y antimateria de comportarse de manera diferente, una que se venía buscando desde hace mucho.
Ese comportamiento diferente, que estaba predicho y que encaja dentro del modelo estándar de partículas, lo ha observado el experimento LHCb, del CERN, el laboratorio europeo de física de partículas cercano a Ginebra, en las desintegraciones de unas partículas llamadas mesones D.
El descubrimiento ha sacado a luz un pequeño mecanismo que contribuye a que en el universo haya más materia que antimateria (cuyas partículas son la imagen especular de aquéllas, con la carga opuesta). Saber el porqué de este desequilibrio es uno de los misterios de la física que más importaría resolver, ya que explica que en el universo haya materia. Si en los primeros tiempos del universo hubiese habido materia y antimateria a partes iguales, se habrían aniquilado mutuamente y no habría quedado otra cosa que radiación.
El efecto en el comportamiento del mesón D es demasiado pequeño para que explique por completo el predominio de la materia, pero abre una nueva vía para desentrañar el problema, dice Olya Igonkina, física de partículas del Instituto Nacional de Física Nuclear y Altas Energías de Amsterdam, que trabaja en el experimento ATLAS del CERN. El descubrimiento ofrece a los físicos un lugar aún inexplorado donde pueden buscar desviaciones con respecto al modelo estándar que expliquen la disparidad, dice.
A corto plazo, el hallazgo ayudará además a los teóricos a entender mejor el mecanismo que se esconde tras ese comportamiento de los mesones D y otras partículas similares, mecanismo que es el único ejemplo en el laboratorio que se ha podido confirmar de que la naturaleza «prefiere» la materia a la antimateria.
El descubrimiento se recibió con aplausos y champán cuando el equipo del LHCb lo presentó el 21 de marzo en los Rencontres de Moriond, un congreso celebrado en La Thuile, Italia.
Un descubrimiento con encanto
Hace mucho que se sabe que ciertas interacciones entre las partículas producen diferencias en los comportamientos de las partículas de materia y sus análogas de antimateria. Este fenómeno, que crea el desequilibrio entre la materia y la antimateria, se conoce con el nombre de violación de CP.
Desde los años sesenta, se ha encontrado la violación de CP en unas pocas partículas: los kaones y los mesones B. Tanto las unas como las otras están hechas de dos quarks. La primera observación y los trabajos teóricos relativos a ella recibieron los premios Nobel de 1980 y 2008.
Pero hasta ahora no se había visto nunca la violación de CP en partículas que incluyesen el sabor de quark «encanto», lo que sí ocurre en los mesones D. «Observar que los mesones con encanto de materia y los de antimateria se portan de forma diferente es una medición que saldrá en los libros de texto», según Tara Shears, física de partículas de la Universidad de Liverpool y miembro del equipo del LHCb.
Los físicos saben, sin embargo, que el predominio de la materia no se puede explicar solamente con el comportamiento de quarks y antiquarks. Hallar nuevos tipos de violación de CP sigue siendo uno de los mayores retos de la física de partículas. El efecto de los mesones D es tan pequeño que medirlo resulta sumamente difícil desde un punto de vista técnico, explica Shears. Se tardó siete años, de 2011 a 2018, en acumular desintegraciones de partículas en número suficiente para que el conjunto de los datos fuese sensible al ligero desequilibrio .
«Que haya sido posible ahora es una verdadera demostración de la precisión y sensibilidad fantásticas del experimento LHCb, del ingenio de los fisicos que analizan los datos y de la capacidad del LHC de generar muestras enormes», añade.
Elizabeth Gibney / Nature News
Más información en el sitio en la Red del CERN.
