Agencias de NoticiasLos investigadores del CERN podrían estar un paso más cerca de responder por qué nuestro universo favorece la materia sobre la antimateria.
¿Por qué el universo no se aniquiló momentos después del Big Bang? Un nuevo hallazgo en el CERN, en la frontera franco-suiza, nos acerca a la respuesta a esta pregunta fundamental sobre por qué la materia domina sobre su opuesto, la antimateria.
Gran parte de lo que vemos en la vida cotidiana está compuesto de materia. Pero la antimateria existe en cantidades mucho menores. La materia y la antimateria son casi opuestos directos. Las partículas de materia tienen una contraparte de antimateria que tiene la misma masa, pero la carga eléctrica opuesta. Por ejemplo, la partícula de materia, el protón, está asociada al antiprotón de antimateria, mientras que el electrón de materia está asociado al positrón de antimateria.
Sin embargo, la simetría en el comportamiento entre la materia y la antimateria no es perfecta. En un artículo publicado esta semana en Nature, el equipo que trabaja en un experimento en el CERN, llamado LHCb, ha informado que ha descubierto diferencias en la velocidad a la que las partículas de materia llamadas bariones se desintegran en relación con la velocidad de sus contrapartes de antimateria. En física de partículas, la desintegración se refiere al proceso mediante el cual partículas subatómicas inestables se transforman en dos o más partículas más ligeras y estables.
Según los modelos cosmológicos, en el Big Bang se formaron cantidades iguales de materia y antimateria. Si las partículas de materia y antimateria entran en contacto, se aniquilan mutuamente, dejando atrás energía pura. Con esto en mente, es sorprendente que el universo no consista únicamente en la energía sobrante de este proceso de aniquilación.
Sin embargo, las observaciones astronómicas muestran que ahora hay una cantidad insignificante de antimateria en el universo en comparación con la cantidad de materia. Por lo tanto, sabemos que la materia y la antimateria deben comportarse de manera diferente, de modo que la antimateria ha desaparecido mientras que la materia no.
Comprender qué causa esta diferencia de comportamiento entre la materia y la antimateria es una pregunta clave sin respuesta. Si bien existen diferencias entre la materia y la antimateria en nuestra mejor teoría de la física cuántica fundamental, el modelo estándar, estas diferencias son demasiado pequeñas para explicar adónde se ha ido toda la antimateria.
Así que sabemos que debe haber partículas fundamentales adicionales que aún no hemos encontrado, o efectos más allá de los descritos en el modelo estándar. Estos darían lugar a diferencias lo suficientemente grandes en el comportamiento de la materia y la antimateria como para que nuestro universo exista en su forma actual.
Revelando nuevas partículas.
Las mediciones de alta precisión de las diferencias entre la materia y la antimateria son un tema clave de investigación porque tienen el potencial de ser influenciadas por estas nuevas partículas fundamentales y revelarlas, ayudándonos a descubrir la física que dio origen al universo en el que vivimos hoy.
Las diferencias entre materia y antimateria se han observado previamente en el comportamiento de otro tipo de partícula, los mesones, que están compuestos por un quark y un antiquark. También hay indicios de diferencias en cómo las versiones de materia y antimateria de otro tipo de partícula, el neutrino, se comportan a medida que viajan.
La nueva medición del LHCb ha encontrado diferencias entre bariones y antibariones, que están compuestos por tres quarks y tres antiquarks respectivamente. Significativamente, los bariones constituyen la mayor parte de la materia conocida en nuestro universo, y esta es la primera vez que hemos observado diferencias entre materia y antimateria en este grupo de partículas.
El experimento LHCb en el Gran Colisionador de Hadrones está diseñado para realizar mediciones altamente precisas de las diferencias en el comportamiento de la materia y la antimateria. El experimento es operado por una colaboración internacional de científicos, formada por más de 1.800 personas con sede en 24 países. Para alcanzar este nuevo resultado, el equipo del LHCb estudió más de 80.000 bariones (bariones «lambda-b», compuestos por un quark beauty, un quark up y un quark down) y sus homólogos de antimateria.
Fundamentalmente, descubrimos que estos bariones se desintegran en partículas subatómicas específicas (un protón, un kaón y dos piones) con una frecuencia ligeramente superior (un 5 % superior) a la de las antipartículas. Si bien es pequeña, esta diferencia es estadísticamente lo suficientemente significativa como para ser la primera observación de diferencias de comportamiento entre las desintegraciones de bariones y antibariones.
Hasta la fecha, todas las mediciones de las diferencias entre materia y antimateria han sido consistentes con el bajo nivel presente en el modelo estándar. Si bien la nueva medición del LHCb también concuerda con esta teoría, supone un gran avance. Hemos observado diferencias en el comportamiento de la materia y la antimateria en el grupo de partículas que domina la materia conocida del universo. Es un paso potencial para comprender por qué se produjo esa situación después del Big Bang.
Con los análisis de datos actuales y futuros del LHCb, podremos estudiar estas diferencias de forma forense y, esperamos, identificar cualquier indicio de nuevas partículas fundamentales que pudieran estar presentes.
William Barter , becario de Futuros Líderes del UKRI, Universidad de Edimburgo.
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