Por primera vez, los físicos del mayor destructor de átomos del mundo han observado diferencias en la descomposición de partículas y antipartículas que contienen un componente básico de la materia, llamado quark charm.
El hallazgo podría ayudar a explicar el misterio de por qué existe la materia.
"Es un hito histórico", dijo Sheldon Stone, profesor de física en la Universidad de Syracuse y uno de los colaboradores en la nueva investigación.
Materia y antimateria
Cada partícula de materia tiene una antipartícula, que es idéntica en masa pero con una carga eléctrica opuesta. Cuando la materia y la antimateria se encuentran, se aniquilan entre sí. Eso es un problema. El Big Bang debería haber creado una cantidad equivalente de materia y antimateria, y todas esas partículas deberían haberse destruido entre sí rápidamente, sin dejar nada más que energía pura.
La noción de la violación del PC provino del físico ruso Andrei Sakharov, quien la propuso en 1967 como una explicación de por qué la materia sobrevivió al Big Bang.
"Este es uno de los criterios necesarios para que existamos", dijo Stone, "por lo que es importante entender cuál es el origen de la violación de la PC".
Hay seis tipos diferentes de quarks, todos con sus propias propiedades: arriba y abajo, arriba y abajo y encanto y extraño. En 1964, los físicos observaron por primera vez la violación de PC en la vida real en quarks extraños. En 2001, vieron que sucedía con partículas que contenían quarks inferiores. (Ambos descubrimientos condujeron a premios Nobel para los investigadores involucrados). Los físicos habían teorizado durante mucho tiempo que también sucedió con partículas que contienen quarks encantadores, pero nadie lo había visto nunca.
Encantado, estoy seguro
Stone es uno de los investigadores del experimento de belleza del Gran Colisionador de Hadrones (LHC), que utiliza el Gran Colisionador de Hadrones del CERN, el anillo de 16.5 millas (27 kilómetros) en la frontera franco-suiza que envía partículas subatómicas que se deslizan entre sí para volver a crea los destellos de energía alucinante que siguió al Big Bang. A medida que las partículas chocan entre sí, se rompen en sus partes constituyentes, que luego se descomponen en fracciones de un segundo a partículas más estables.
Las últimas observaciones involucraron combinaciones de quarks llamados mesones, específicamente el mesón D0 ("d-cero") y el mesón anti-D0. El mesón D0 está formado por un quark de encanto y un quark anti-up (la antipartícula del quark up). El mesón anti-D0 es una combinación de un quark anti-encanto y un quark up.
Ambos mesones se descomponen de muchas maneras, pero un pequeño porcentaje de ellos termina como mesones llamados kaones o piones. Los investigadores midieron la diferencia en las tasas de desintegración entre los mesones D0 y anti-D0, un proceso que implicó tomar medidas indirectas para garantizar que no solo midieran una diferencia en la producción inicial de los dos mesones, o diferencias en qué tan bien El equipo podría detectar varias partículas subatómicas.
¿La línea de fondo? Las proporciones de descomposición diferían en una décima de porcentaje.
"Esto significa que el D0 y el anti-D0 no decaen al mismo ritmo, y eso es lo que llamamos violación de CP", dijo Stone.
Y eso hace que las cosas sean interesantes. Stone dijo que las diferencias en las caries probablemente no sean lo suficientemente grandes como para explicar lo que sucedió después del Big Bang para dejar atrás tanta materia, aunque es lo suficientemente grande como para sorprender. Pero ahora, dijo, los teóricos de la física tienen su turno con los datos.
Los físicos confían en algo llamado Modelo Estándar para explicar, bueno, todo a escala subatómica. La pregunta ahora, dijo Stone, es si las predicciones hechas por el Modelo Estándar pueden explicar la medición del quark de encanto que el equipo acaba de hacer, o si requerirá algún tipo de física nueva, lo cual, dijo Stone, sería el resultado más emocionante.
"Si esto solo pudiera explicarse por la nueva física, esa nueva física podría contener la idea de dónde proviene esta violación de CP", dijo.
Los investigadores anunciaron el descubrimiento en una transmisión web del CERN y publicaron una preimpresión de un documento que detalla los resultados en línea.
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