El gran colisionador de hadrones descubre que la antimateria se comporta de manera extraña en una nueva clase de partículas

Misteriosa física antimateria descubierta en el gran colider de hadrones

Por Clara Moskowitz editado por Lee Billings

La materia y la antimateria son como opuestos espejo: son iguales en todos los aspectos, excepto su carga eléctrica. Bueno, casi lo mismo, muy ocasionalmente, La materia y la antimateria se comportan de manera diferente del uno al otro, y cuando lo hacen, los físicos se emocionan mucho. Ahora los científicos del colisionador de partículas más grande del mundo han observado una nueva clase de partículas de antimateria que se descomponen a un ritmo diferente a sus contrapartes de la materia. El descubrimiento es un paso significativo en la búsqueda de los físicos para resolver uno de los misterios más grandes del universo: Por qué hay algo en lugar de nada.

El mundo que nos rodea está hecho de materia: las estrellas, los planetas, las personas y las cosas que pueblan nuestro cosmos están compuestos de átomos que contienen solo materia, y sin antimateria. Pero no tenía que ser así. Nuestras mejores teorías sugieren que cuando nació el universo tenía cantidades iguales de materia y antimateriay cuando los dos se pusieron en contacto, se aniquilaron unos a otros. Por alguna razón, un pequeño exceso de materia sobrevivió y luego creó el mundo físico. ¿Por qué? Nadie lo sabe.

Entonces, los físicos han estado buscando cualquier signo de diferencia entre la materia y la antimateria, conocido en el campo como una violación de la “simetría de conjugación -paridad de carga”, o Violación de CPeso podría explicar por qué alguna materia escapó de la destrucción en el universo temprano.

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Hoy los físicos en el gran colider de hadrones (LHC) Experimento LHCB Publicado un artículo en la revista Naturaleza anunciando que han Violación de PC medida por primera vez en Baryons—La clase de partículas que incluye los protones y neutrones dentro de los átomos. Los bariones están construidos a partir de trillizos de partículas aún más pequeñas llamadas quarks. Experimentos anteriores que datan de 1964 habían visto una violación de CP en partículas de Meson, que a diferencia de los bariones están hechos de un par de quark-antiquark. En el nuevo experimento, los científicos observaron que Baryons hizo de un quark, un quark y uno de sus primos más exóticos llamados una descomposición de quark de belleza con más frecuencia que los barios hechos de las versiones antimaterales de esos mismos tres quarks.

“Este es un hito en la búsqueda de la violación de CP”, dice Xueting Yang de la Universidad de Pekín, miembro del equipo de LHCB que analizó los datos detrás de la medición. “Dado que los bariones son los componentes básicos de las cosas cotidianas que nos rodean, la primera observación de la violación de CP en Baryons nos abre una nueva ventana para que busquemos indicios de nuevas físicas”.

El experimento LHCB es la única máquina en el mundo que puede convocar suficientes energías para hacer bariones que contienen quarks de belleza. Hace esto acelerando protones a casi la velocidad de la luz, luego rompiéndolos en aproximadamente 200 millones de colisiones cada segundo. A medida que los protones se disuelven, la energía del choque genera nuevas partículas para ser.

“Es una medición sorprendente”, dice el físico teórico Edward Witten, del Instituto de Estudios Avanzados, que no participó en el experimento. “Bariones que contienen b [beauty] Los quarks son relativamente difíciles de producir, y la violación de la PC es muy delicada y difícil de estudiar ”.

El experimento LHCB de 69 pies y 6,000 toneladas puede rastrear todas las partículas creadas durante las colisiones y las diferentes formas en que pueden descomponerse en partículas más pequeñas. “El detector es como una gigantesca cámara de cuatro dimensiones que puede registrar el paso de todas las partículas a través de ella”, dice el portavoz de LHCB y coautor del estudio Vincenzo Vagnoni del Instituto Nacional de Física Nuclear (INFN) italiana. “Con toda esta información, podemos reconstruir con precisión lo que sucedió en la colisión inicial y todo lo que salió y luego decaídos”.

La diferencia de materia científicos observó en este caso es relativamente pequeño, y se ajusta dentro de las predicciones del modelo estándar de física de partículas, la teoría reinante del reino subatómico. Sin embargo, esta pequeña cantidad de violación de CP no puede explicar la profunda asimetría entre la materia y la antimateria que vemos en todo el espacio.

“La medición en sí es un gran logro, pero el resultado, para mí, no es sorprendente”, dice Jessica Turner, física teórica de la Universidad de Durham en Inglaterra, que no participó en la investigación. “La violación de CP observada parece estar en línea con lo que se ha medido antes en el sector de quark, y sabemos que eso no es suficiente para producir la asimetría de barión observada”.

Para comprender cómo la materia obtuvo la ventaja en el universo temprano, los físicos deben encontrar nuevas formas que importen y la antimateria divergen, muy probablemente a través de partículas que aún no se han visto. “Debería haber una nueva clase de partículas presentes en el universo temprano, que exhibe una cantidad mucho mayor de este comportamiento”, dice Vagnoni. “Estamos tratando de encontrar pocas discrepancias entre lo que observamos y lo que predice el modelo estándar. Si encontramos una discrepancia, entonces podemos identificar lo que está mal”.

Los investigadores esperan descubrir más grietas en el modelo estándar a medida que el experimento sigue funcionando. Eventualmente, LHCB debería recopilar aproximadamente 30 veces más datos de los que se usaron para este análisis, lo que permitirá a los físicos buscar una violación de PC en las desintegraciones de partículas que son aún más raras que la observada aquí. Estén atentos para una respuesta a por qué existe algo.