Confirman un fenómeno que entra a los hitos de la física de partículas

Un experimento hecho en el Gran Colisionador de Hadrones confirmó la existencia de un asunto que siempre había inquietado a los físicos: la existencia de una asimetría entre la materia y la antimateria. ¿De qué se trata y por qué lo consideraron histórico?

La transformación de simetría CP cambia una partícula con la imagen especular de su antipartícula. CERN

El Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés) se ha vuelto cada vez más popular en las páginas de periódicos y revistas. Desde que en 2012 permitió el hallazgo de la partícula de Higgs (mal llamada “partícula de dios”), es usual que se robe portadas con sus anuncios. Con cierta frecuencia el LHC, un túnel de más de US$6 mil millones y 27 kilómetros de perímetro donde se provocan colisiones en escalas de energía cercanas a las que dominaban el universo unos instantes después del Big Bang, produce descubrimientos que emocionan a los científicos. El último fue calificado como algo que “entrará en los libros de física de partículas”. “Un hito”, dijo Eckhard Elsen, director de Investigación y Computación del CERN (Laboratorio Europeo de Física de Partículas)

El CERN intentó explicarlo, sin mucho éxito, con palabras técnicas en un boletín de prensa: “La colaboración de LHCb ha visto, por primera vez, la asimetría de materia y antimateria conocida como violación de CP en una partícula denominada el mesón D”. “Desde el descubrimiento del mesón D hace más de 40 años”, remató Elsen, “se sospechaba que la violación CP también ocurría en este sistema, pero solo ahora, usando el conjunto de datos recopilados por el experimento, la colaboración LHCb ha sido capaz de observar este efecto”. (Lea: Una conversación con el profe colombiano que trabaja en el gran colisionador de hadrones)

¿Mesón D? ¿Asimetría de materia y antimateria? ¿Violación de CP? La terminología de la física de partículas no suele ser muy amigable con quienes no hacen parte de ese mundo. Por eso, para entender este hallazgo que califican de histórico, hay que ir por partes.

Lo primero que sugiere Jorge Zuluaga, profesor titular de Física de la Universidad de Antioquia, es volver a un par de nociones básicas: la materia y la antimateria. La materia, en pocas palabras, es de lo que está hecho todo lo que vemos. Desde el computador donde usted está leyendo este artículo hasta las estrellas que vemos en el Sistema Solar.

Pero las partículas que conforman esa materia tienen un lado opuesto invisible a nuestros ojos, pero observable en muchos experimentos de laboratorio. El Colisionador de Hadrones, por ejemplo, suele generarla. En términos más simples, eso quiere decir que por cada electrón hay un positrón; por cada protón hay un antiprotón y por cada neutrón hay un antineutrón.

Aunque el prefijo “anti” despista, lo cierto es que se tratan de partículas idénticas. “Simétricas” es el adjetivo con el que las suelen caracterizar los físicos. Esa simetría, explica Juan Diego Soler, es uno de los conceptos en los que se basa la Física moderna. “La misión de la Física experimental ha sido buscar las simetrías que subyacen las leyes de la física”, añade este astrofísico colombiano del Instituto Max Planck en Heidelberg, Alemania.

¿Por qué? “Porque sería muy raro que el Universo no fuera simétrico”, cuenta Zuluaga. “De manera que los físicos siempre esperan simetría: que por cada partícula que hay en la materia exista una igual en la antimateria y reaccionen de manera similar”.

¿Por qué, entonces, si cada partícula tiene una “antipartícula”, todo lo que vemos está hecho de materia? La pregunta ha inquietado por décadas a la ciencia. Es un misterio que aún no terminan de resolver por una sencilla razón: “Cuando materia y antimateria entran en contacto, ¡bum! Se produce una gran explosión. Son gemelos destinados a destruirse”, explica en su canal de Youtube el físico Javier Santaolalla. En palabras más rigurosas, cuando se encuentra una partícula con su antipartícula se aniquilan produciendo energía en forma de fotones (luz).

"Las evidencias indican que el universo observable está compuesto casi por completo de materia ordinaria y no de una mezcla balanceada de materia y antimateria" indica Soler. Es decir, en la cotidianidad, al parecer la materia  terminó ganando la batalla. Y esa “victoria” es la que ha puesto a los físicos teóricos a buscar una asimetría que pueda explicarla. (Le puede interesar: Así será el gigantesco sucesor del colisionador que descubrió la “partícula de dios”)

Uno de los principales candidatos es la llamada “violación CP” Las siglas hacen referencia a la simetría de carga (C) y de paridad (P), pero tratar de entenderlos requiere algo más que un par de párrafos.

Como cuenta Soler, si el universo tuviese simetría de paridad (P), una versión especular del universo (donde la izquierda está a la derecha y la derecha a la izquierda) se comportaría como nuestro universo. Si el universo tuviese simetría de carga (C), una versión del universo con cargas invertidas (donde los electrones son positivos y los protones negativos) se comportaría como nuestro universo.

Pero la simetría de paridad no se cumple en la naturaleza, como lo demostró el experimento desarrollado por la física norteamericana nacida en China, Chien-Shiung Wu. Tsung-Dao Lee y Chen-Ning Yang, los físicos teóricos que originaron la idea de la no-conservación de la paridad y propusieron el experimento, recibieron el premio Nobel de Física en 1957 por este resultado.

Hasta esta fecha se creía que la simetría de paridad era una de las simetrías fundamentales del universo. Fue entonces cuando el célebre físico soviético Lev Landau propuso que la verdadera simetría entre materia y antimateria debía una combinación de las dos, la simetría CP.

Pero en la década de 1960, un grupo de científicos comprobó por primera vez la violación de la simetría CP en el Laboratorio Nacional de Brookhaven, en Long Island (Estados Unidos). Desde entonces se hicieron otros experimentos que arrojaron resultados similares. En 2001 el SLAC Nacional Accelerator Laboratory, en Estados Unidos, y el laboratorio KEK, en Japón, también la corroboraron.

Por esos hallazgos les otorgaron el Premio Nobel de Física a James W. Cronin y Val L. Fitch, en 1980, y a Yoichiro Nambu, Makoto Kobayashi y Toshihide Maskawa, en 2008.

Lo que anunció el CERN esta mañana no es, entonces, más que una confirmación de lo que descubrieron en 1964: la existencia de fenómenos que “violan CP”. El hallazgo lo hicieron con una partícula denominada mesón D. Se trata de una partícula altamente inestable que solamente se puede fabricar en experimentos como el Colisionador de Hadrones. (Puede leer: China planea construir el colisionador de hadrones más potente del mundo)

“Eso es importante porque ese tipo de violaciones de simetría son las que, probablemente, permiten que vivamos en un universo hecho de materia. Por poner un ejemplo, si no fuese así, un lector de El Espectador se podría encontrar con un ‘anti-lector’ y se aniquilan produciendo luz (fotones)”, aclara Soler.

Si a alguien lo mandaran a un almacén a comprar una bolsa de mesones, desaparecerían antes de que llegara a pagarlos a la caja”, dice Zuluaga antes de hacer una advertencia: “Esta confirmación es una buena noticia pero no es suficiente para explicar el misterio del Universo. La asimetría que descubrieron es muy pequeña, pero es una valiosa pista de esas que aparecen cada 30 años”.

846175

2019-03-21T16:41:28-05:00

article

2019-03-21T16:58:44-05:00

ssilva_250624

none

Sergio Silva Numa / @SergioSilva03

Ciencia

Confirman un fenómeno que entra a los hitos de la física de partículas

73

8230

8303