Científicos del experimento DZero, el acelerador de partículas Tevatrón en Fermilab (EE UU), han descubierto evidencias de una asimetría entre materia y antimateria más significativas que las predichas por la actual teoría. Los resultados, enviados a la revista Physical Review D, indican que existe una diferencia de un 1% en la producción de pares de muones y pares de antimuones en el decaimiento de pares de mesones B, lo cual es 50 veces más de lo que predice el Modelo Estándar.
Ésta es la primera medida que muestra una desviación significativa con respecto a las predicciones teóricas sobre diferencias en comportamiento entre materia y antimateria, un estudio que podrá completarse con los experimentos del Gran Colisionador de Hadrones (LHC).
Según explica hoy el Fermilab a través de un comunicado, el dominio de la materia que se observa en el Universo es posible sólo si existen diferencias de comportamiento entre partículas y antipartículas (que poseen la misma masa y espín o giro, pero distinta carga eléctrica). A pesar de que los físicos llevan décadas observando estas diferencias (llamadas “violación CP”), éstas son demasiado pequeñas para explicar el predominio de la materia sobre la antimateria.
Según el Modelo Estándar, en el origen del Universo hubo de producirse la misma cantidad de materia que de antimateria, por lo que, de mantenerse este balance, materia y antimateria eventualmente se habrían aniquilado, con lo cual no se hubiera producido la materia que compone las estrellas, planetas y todo lo que contienen.
La violación CP, parcialmente responsable de la asimetría entre materia y antimateria en el Universo, es conocida, pero su origen y magnitud todavía no ha sido explicada por los científicos. Según Aurelio Juste, investigador del Instituto Catalán de Investigación y Estudios Avanzados (ICREA) y del Instituto de Física de Altas Energías (IFAE), y colaborador del experimento DZero, lo que se ha observado en este experimento es la primera medida que demuestra, con una evidencia estadísticamente relevante, una anomalía en la asimetría en el comportamiento de las partículas y las antipartículas, concretamente en los mesones B neutros, un tipo de partícula elemental que cambia su estado de materia a antimateria trillones de veces por segundo.
Nueva física
Los científicos en Fermilab han colisionado protones y anti-protones produciendo pares de mesones B con sus antipartículas. Gracias a la precisión del detector del experimento y a nuevas técnicas de análisis, ha sido posible detectar que los antimesones B se convierten en mesones B un uno por ciento más a menudo que al contrario, “lo cual supone 50 veces más de lo que predice el Modelo Estándar”, cuantifica Juste. Esto sugiere que “puede haber nueva física afectando el cambio de estado del mesón B”, como por ejemplo una nueva partícula que el investigador relaciona con un quark mucho más pesado que los que se conocen actualmente.
Si se confirman las medidas obtenidas en el experimento Dzero por otras observaciones y análisis, el efecto visto por los científicos del Tevatrón podría representar un paso más hacia el entendimiento de por qué la materia domina el Universo actual y hacia el descubrimiento de nueva física más allá de la que conocemos actualmente. Según Juste, el LHC estará en una buena posición para indagar más en este enigma, puesto que uno de sus experimentos, LHCb, está diseñado específicamente para estudiar la violación de la simetría CP. Además, según Juste, la luminosidad prevista para el LHC (número de colisiones producidas en un determinado tiempo y espacio) es tan alta que permitirá acumular muchos más datos, con lo que los estudios estadísticos serán aún más significativos.
Confirmación en el LHC
La confirmación de las medidas de DZero en el LHC podría producirse “en el plazo de uno o dos años”, lo cual conduciría a una revisión del Modelo Estándar. “Responder a la cuestión de la violación CP descubriendo nuevos tipos de partículas llevará a formular otras preguntas como por ejemplo sobre su origen y propiedades, que otros experimentos del LHC como ATLAS y CMS podrían responder”, argumenta Juste. Por su parte, los dos experimentos del Tevatrón (DZero y CDF) continuarán recopilando datos y refinando los análisis “al menos hasta el final del 2011”.
Los resultados de DZero se basan en datos recopilados en el experimento durante los últimos 7 años con una luminosidad integrada de 6 femtobarns inversos, lo que supone miles de trillones de colisiones protón-antiprotón en el acelerador Tevatrón. DZero es un experimento donde participan alrededor de 500 físicos procedentes de 86 instituciones científicas de 19 países. Fermilab es un laboratorio de física de partículas financiado por la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de los Estados Unidos creado en 1967 y renombrado en honor del Nobel italiano Enrico Fermi en 1974.
Sus dos mayores contribuciones al Modelo Estándar fueron el descubrimiento del quark bottom (1977) y del quark top (1995). En 2000 se hizo la primera observación directa del Tau-neutrino, la última partícula fundamental observada. En 2009, experimentos realizados en Fermilab restringieron significativamente la masa del 'bosón de Higgs', paso previo para el descubrimiento de esta partícula que otorgaría masa al resto.
En el Fermilab han participado investigadores del Instituto de Física de Cantabria (IFCA, Consejo Superior de Investigaciones Científicas-Universidad de Cantabria), del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT) y del Instituto de Física de Altas Energías (IFAE, Generalitat Catalunya-Universitat de Barcelona). También han participado en sus experimentos investigadores invitados procedentes de la Universidad de Oviedo y del Instituto de Física Corpuscular (IFIC, CSIC-Universitat de València).
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