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| LHC |
Uno de los detectores del Gran
Colisionador de Hadrones (LHC), el LHCb, ha observado por primera vez la
ruptura de la simetría entre materia y antimateria en la desintegración
de la partícula conocida como mesón Bs.
Hasta ahora solo se había observado este
fenómeno en las desintegraciones de otro mesón, lo que supuso el Nobel
de 2008 a Kobayashi y Maskawa. En el estudio han participado
investigadores de las Universidades de Santiago de Compostela, Barcelona y Ramón Llull.
El experimento
LHCb del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) ha publicado la primera
observación directa de la ruptura de la simetría materia/antimateria
(fenómeno que se conoce en Física como "violación CP") en las
desintegraciones del mesón Bs.
Es la primera vez que se observa este
fenómeno en este tipo de partícula.
Hasta ahora se había observado el fenómeno en otra partícula similar,
hallazgo que le valió el premio Nobel a los físicos japoneses Kobayashi y
Maskawa en 2008.
Los científicos de la colaboración LHCb, entre los que hay grupos de la Universidad de Santiago de Compostela (USC), Universidad de Barcelona (UB) y la Universidad Ramón Llull (URL), han publicado los resultados en el repositorio digital arXiv y enviado a la revista Physical Review Letters.
El experimento LHCb está diseñado para estudiar la ruptura de la simetría entre materia y antimateria.
Según la teoría, en el Big Bang se
crearon iguales cantidades de materia y de antimateria, una especie de
réplica idéntica a la materia en todo excepto en su carga eléctrica, que
es negativa.
Si se mantuviese la simetría, materia y
antimateria debieron aniquilarse entre sí, pero en algún punto se
produjo una asimetría, la materia "venció" a la antimateria y formó los
átomos que componen galaxias, estrellas, planetas y todo lo que existe.
Los científicos aún no saben por qué.
Los quarks, que junto con los leptones son los 'ladrillos' que componen la materia que conocemos, se agrupan en tres formas básicas o réplicas.
La primera forma la materia ordinaria de
la que estamos compuestos, básicamente protones y neutrones. Las otras
dos están formadas por el quark charm (c) y el strange (s), y por los
quarks muy pesados como el beauty (b) y el top (t).
LHCb ha observado por primera vez de forma directa la ruptura de la
simetría CP en las desintegraciones del mesón Bs, que contiene en su
composición un quark pesado beauty (b) y un antiquark strange (s). Puede
verse a simple vista en los datos tomados en 2011 por LHCb cómo el
ritmo de desintegración de este mesón y el de su antipartícula difieren
en una cantidad del 27%, lo que supone una significacion estadística
superior a tres desviaciones típicas o sigmas, que los científicos consideran suficiente para mostrar una primera evidencia de esta asimetría.
La observación de LHCb tiene gran
importancia porque es la primera vez que se observa la ruptura directa
de la simetría materia/antimateria en transiciones entre quarks que
involucran todas las formas conocidas. Hasta ahora se conocía la falta
de simetría CP directa en las desintegraciones de otro mesón formado por
el quark b, el B0, cuyas observaciones le valieron el Premio Nobel a
los físicos japoneses Kobayashi y Maskawa en el año 2008.
Estos científicos habían postulado que
el origen de la falta de simetría materia/antimateria se encontraba
precisamente en la existencia de distintas réplicas de quarks.
Intensas asimetrías materia-antimatiria.
El hallazgo realizado por LHCb es especialmente importante porque pone
de manifiesto que las asimetrías materia-antimateria observadas en las
desintegraciones de los quarks b siguen siendo muy intensas cuando se
observan otras réplicas distintas de las observadas hasta ahora.
Es pronto para saber con exactitud si las medidas
realizadas encajan bien dentro del Modelo Estándar de Física de
Partículas, la teoría que describe las partículas fundamentales y sus
interacciones, o bien suponen nueva física, ya que ello requiere
cálculos teóricos detallados y comparaciones con otras medidas
relacionadas.
La teoría de Kabayashi-Maskawa del Modelo Estándar tiene un déficit
importante a la hora de explicar la creación de las galaxias, formadas
casi exclusivamente por materia, sin apenas antimateria. Las medidas actuales proporcionan nueva evidencia de una violación CP elevada en réplicas de quarks hasta ahora inexploradas.
Junto con los resultados anteriormente citados, el experimento LHCb presenta en esta misma publicación nuevas medidas de la asimetría materia/antimateria en el mesón B0, de producción más abundante en el LHC que el mesón Bs.
Estas medidas superan en precisión
cualquiera de las existentes hasta la fecha y confirman una asimetría de
-8.9% para este mesón. Solo un análisis detallado de éstas medidas en su conjunto permitirá saber hasta qué punto el Modelo Estándar permite describir los datos.
El mesón Bs es objeto preferente de estudio en el experimento LHCb del
Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN). Durante el año 2011 y
en 2012, LHCb ha publicado el descubrimiento de varias nuevas
desintegraciones del mesón Bs, entre ellas su desintegración en un par
de partículas extrañas y neutras, realizada por el grupo de la Universidad de Santiago de Compostela y publicada en Physics Letters B.
La colaboración LHCb la forman 52 instituciones de distintos países, entre ellas la Universidad de Santiago de Compostela, la Universidad de Barcelona y la Universidad
Ramón Llull.
La participación española en el LHC se promueve a través del Centro
Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN),
proyecto Consolider-Ingenio 2010 cuyos principales objetivos son la
promoción y coordinación científica de la participación española en
proyectos internacionales, el desarrollo de actividades comunes de I+D y
la formación e incorporación a los grupos de nuevos investigadores y
técnicos. El CPAN pretende consolidar estas actuaciones mediante la
constitución de un centro en red de carácter permanente, análogo a los
existentes en otros países de nuestro entorno.
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