Materia y antimateria Deberían haberse borrado por completo hace eones, dejando al universo un lugar muy vacío.
Obviamente eso no sucedió. Los experimentos en el gran colider de hadrones (LHC) pueden haber descubierto nuevas pistas sobre cómo evitamos este apocalipsis, insinuando una sorprendente diferencia en las descomposiciones de las partículas llamadas bariones y su gemelo antimateria.
La antimateria debe ser esencialmente idéntica a la materia regular, excepto que sus antipartículas tienen la carga opuesta a sus partículas correspondientes. Sin embargo, esa pequeña diferencia tiene consecuencias importantes: si alguna vez los dos se reúnen, se aniquilan entre sí en una explosión de energía.
Los modelos indican que el Big Bang Debería haber creado materia y antimateria en cantidades iguales, pero eso implica que la suma total de partículas formadas en esos primeros momentos se habría cancelado mucho antes de que se forme estrellas, planetas y la vida.
Como estamos aquí para reflexionar sobre el rompecabezas en primer lugar, está claro que algo intervino. A través de algún mecanismo desconocido, parece que el cosmos se ha quedado con una fracción más materia que antimateria.
Los físicos del CERN ahora han analizado los datos de LHC para descubrir evidencia convincente de que existen otras diferencias en cómo se comportan la materia y la antimateria, contribuyendo a este desequilibrio al que debemos nuestra propia existencia.
En teoría, todas las partículas deben estar sujetas a lo que se conoce como simetría de paridad de carga (CP). Básicamente, si volteaste la carga de todas las partículas en el universo e invertiste sus coordenadas espaciales, este universo espejo aún debería seguir las mismas leyes de la física que las nuestras.
Pero resulta que algunas interacciones violar esta simetría. A Experimento histórico de 1964 descubrió que las partículas llamadas k2 Los mesones ocasionalmente podrían decaer en productos que no podrían sin violar la simetría de CP. Era muy raro, alrededor de 2 de cada 1,000 eventos de descomposición, pero fue suficiente para alterar las opiniones aceptadas de la física en ese momento.
Muchos experimentos en décadas posteriores encontraron violaciones similares en una variedad de otras partículaspero solo en otros tipos de mesones. Eso no hubiera sido suficiente para dar cuenta de la rareza de la antimateria. Las violaciones de CP aún no se habían observado en los bariones, la otra clase importante de partículas que constituyen la mayoría de la materia observable en el universo.
El nuevo estudio finalmente ha identificado violaciones de PC en los bariones, utilizando una configuración experimental similar al estudio de 1964, aunque en una escala mucho mayor. En lugar de k2 Mesons, el equipo se centró en las partículas llamadas bares de belleza-lambda (λb) y sus antipartículas.
Si la simetría de CP está en juego, entonces λb y anti-λb Las partículas deben decaer a la misma velocidad. Sin embargo, si hay una diferencia significativa entre los dos, esa es una señal de violación de CP.
Los investigadores sobre la colaboración de LHCB analizaron decenas de miles de desintegraciones capturadas durante las dos primeras carreras del LHC, entre 2009 y 2018. Intrigulantemente, encontraron una diferencia de alrededor del 2.45 por ciento entre la materia y las desintegraciones de la antimateria. Eso es 5.2 desviaciones estándar de cero, por lo que es un Discrepancia lo suficientemente grande Para confirmar una observación de la violación de CP.
“La razón por la que tardó más en observar la violación de PC en Baryons que en los Mesons se debe al tamaño del efecto y los datos disponibles”. dice Vincenzo Vagnoni, portavoz de la colaboración LHCB.
“Necesitábamos una máquina como el LHC capaz de producir un número lo suficientemente grande de bariones de belleza y sus contrapartes antimateria, y necesitábamos un experimento en esa máquina capaz de señalar sus productos de descomposición.
“Nos tomó más de 80,000 desintegraciones de barios para ver la asimetría de la materia y la antimateria con esta clase de partículas por primera vez”.
Este gran avance podría proporcionar pistas a la marca nuevas fuerzas y partículas, lo que podría ayudar a resolver el enigma de por qué la antimateria no aniquiló todo el contenido del universo.
“Cuantos más sistemas en los que observamos las violaciones de CP y más precisas son las mediciones, más oportunidades tendremos para probar el Modelo estándar y buscar física más allá de ella “, dice Vagnoni.
La investigación ha sido presentada a la revista Naturalezay la versión revisada previa a la peinada está actualmente disponible en arxiv.