Observan, por primera vez, cómo una partícula se transforma en su propia antipartícula de antimateria para volver después a convertirse en materia.
Los electrones y sus contrapartes de antimateria, los positrones, interactúan alrededor de una estrella de neutrones en esta visualización. ¿Por qué hay mucha más materia que antimateria en el universo que podemos ver? – NASA’s Goddard Space Flight Center
Un equipo de físicos de la Universidad de Oxford acaba de anunciar el hallazgo en el LHC (Large Hadron Collider, el Gran Colisionador de Hadrones) de una extraña partícula subatómica justo en el acto de cambiar de materia a antimateria. Según los investigadores, el descubrimiento podría ayudarnos a entender cómo el Universo pudo evitar su total aniquilación poco tiempo después del Big Bang. El trabajo, que ha sido remitido a la revista ‘Physical Review Letters’, puede consultarse ya en el servidor de prepublicaciones arXiv.
La idea más aceptada es que la Gran Explosión tuvo que producir la misma cantidad de materia que de antimateria. Y se da la circunstancia de que cuando una partícula de materia se encuentra con su ‘antipartícula’, ambas se destruyen en una pequeña explosión de energía. Es decir, que toda la materia creada durante el Big Bang debería haberse aniquilado en poco tiempo al interactuar con una cantidad idéntica de antimateria.
Sin embargo, no fue así, tal y como demuestra el simple hecho de que estemos aquí. Todo lo que nos rodea, en efecto, es materia, y ‘ahí arriba’ no hay ni rastro de antimateria. De algún modo, la materia consiguió escapar de la destrucción y construir el Universo en que vivimos. ¿Pero cómo fue esto posible? ¿Y dónde está la antimateria que falta?
Un experimento revelador
Entre los datos de colisiones del LHC los científicos detectaron una partícula llamada ‘mesón encanto’, que tiene la particularidad de contener las dos versiones (materia y antimateria) del quark del mismo nombre, lo que le permite pasar alternativamente del uno al otro estado. Los seis tipos conocidos de quark (arriba, abajo, extraño, cima, fondo y encanto) son los constituyentes fundamentales de la materia (con sus correspondientes antiquarks en el reino de la antimateria) y se unen en tríos para dar lugar a protones y neutrones, los principales componentes de los núcleos atómicos de los que todo está hecho.
Todas las partículas, pues, tienen una antipartícula con exactamente las mismas características excepto una, la carga eléctrica, que es opuesta. Y resulta que en el extraño mundo de la física cuántica el mesón encanto puede ser él mismo y su antipartícula a la vez. Este estado, conocido como superposición cuántica, da como resultado dos partículas, cada una con su propia masa: una versión más pesada y más ligera de la partícula. La superposición permite que el mesón encanto se transforme, oscilando hacia su antipartícula y viceversa.
Utilizando los datos del LHC, los investigadores de Oxford midieron una diferencia de masa entre las dos partículas de 0,00000000000000000000000000000000000001 gramos, o en notación científica 1×10 elevado a -38g. Una medición de esta precisión y certeza sólo puede realizarse cuando el fenómeno se observa muchas veces, y esto solo es posible debido a que se produce una gran cantidad de mesones encanto en las colisiones del LHC. El resultado supera el nivel de significación estadística de ‘cinco sigma’ que se requiere para reclamar un descubrimiento en física de partículas.
Si la medición fue extremadamente precisa, el equipo de investigadores se aseguró de que el método de análisis lo fuera aún más. Para conseguirlo, el equipo utilizó una novedosa técnica desarrollada por colegas de la Universidad de Warwick.
Solo hay cuatro tipos de partículas en el Modelo Estándar, la gran teoría que explica todas partículas, capaces de convertirse en su antipartícula. El fenómeno de mezcla se observó por primera vez en los ‘mesones extraños’ en la década de 1960 y en los ‘mesones de belleza’ en la década de 1980. Hasta ahora, la única otra de las cuatro partículas que se ha visto oscilar de esta manera es el ‘mesón extraño-belleza’, en una medida realizada en 2006.
Para Guy Wilkinson, uno de los firmantes del artículo, «lo que hace que este descubrimiento de la oscilación del mesón encanto sea tan impresionante es que, a diferencia de los mesones de belleza, la oscilación es muy lenta y, por lo tanto, extremadamente difícil de medir dentro del tiempo que tarda el mesón en descomponerse. Este resultado muestra que las oscilaciones son tan lentas que la gran mayoría de las partículas se desintegran antes de que tengan la oportunidad de oscilar. Sin embargo, podemos confirmar esto como un descubrimiento porque LHCb ha recopilado muchos datos».
Para conseguir una medición tan precisa, los investigadores observaron 30,6 millones de mesones encanto justo después de que se formaran tras las colisiones de protones en el LHC. El descubrimiento abre una nueva y emocionante fase de exploración física. Los investigadores ahora quieren comprender el proceso de oscilación en sí, potencialmente un gran paso adelante para resolver el misterio de la asimetría materia-antimateria.
Algunas hipótesis sugieren que partículas como el mesón encanto podrían haber salvado al Universo de la aniquilación, especialmente si pasan de ser antimateria a materia con más frecuencia que al revés. Con un LHC actualizado que se volverá a encender en septiembre después de haber permanecido cerrado durante más de tres años, la solución al que es uno de los mayores misterios de la Física podría no estar tan lejos.
Fuente: ABC
