Los físicos atraparon partículas fantasmales que rompen la simetría con sus gemelos antimateria


Todos estamos aquí solo porque la realidad es un reflejo imperfecto de sí mismo. Gracias a una falla en la simetría de la naturaleza, había mucho material disponible para agruparse en los miles de millones de galaxias que ahora vemos en el Universo.

Casi una década de datos producidos por el Tokai a Kamioka (T2K) El experimento de física de partículas en Japón ha proporcionado la evidencia más fuerte hasta ahora de un desequilibrio que podría ayudar a explicar por qué la materia no desapareció momentos después de su creación.

El estudio buscó diferencias significativas en cómo las partículas casi sin masa llamadas neutrinos cambian de forma, en comparación con su partícula 'espejo', el antineutrino.

Irónicamente, los neutrinos son tan pequeños que apenas existen, y se deslizan más allá de la mayoría de las partículas sin pausa. Pero lo que les falta en golpe lo compensan en números absolutos, siendo mil millones de veces más común

que las partículas que se unen para formar átomos.

De hecho, es la abundancia de neutrinos, mezclada con su comportamiento extraño de cambio de propiedades, descrito como cambio sabores – eso atrae a los físicos que buscan explicaciones para todo, desde la materia oscura a una desequilibrio aparente en los tipos de partículas que vemos a nuestro alrededor.

Cuando el Universo todavía era un desastre caliente en un espacio pequeño (pero en expansión), la condensación de energía en partículas debería haber resultado en el arca de Noé de pares de partículas con propiedades opuestas.

Eso significa que los electrones cargados negativamente surgieron junto a los cargados positivamente antimateria gemelos llamados positrones. Como la materia combinada con la antimateria se cancela en una nube de radiación, el espacio no debe estar lleno de nada más sustancial que las ondas de luz.

Obviamente, este no es el caso. Al menos, no del todo. Suficientes partículas de materia se pegan para crear cosas como estrellas, cometas, wombats y clips de papel.

"Se crearon cantidades iguales de materia y antimateria en el Universo temprano, por lo que una pregunta importante en cosmología es cómo llegamos al Universo que vemos hoy, que está dominado por la materia", dijo a ScienceAlert el físico experimental de partículas Lindsey Bignell de ANU en Australia. .

Bignell no formó parte del estudio, pero sabe una o dos cosas sobre el papel de los neutrinos en explicar potencialmente este extraño desequilibrio.

"Todavía no tenemos una idea completa de cómo sucedió eso, pero sí sabemos que la violación de la PC es un ingrediente necesario", dice Bignell.

CP significa intercambio de carga y paridad, en referencia a los cambios en las partículas que ocurren en oposición. Por ejemplo, las cargas positivas cambian a las negativas cuando las partículas se convierten en antipartículas. En cuanto a la paridad, es un cambio en las coordenadas, no muy diferente de su mano izquierda es una coincidencia de espejo para su derecha.

Cambiar las cargas y las paridades en un sistema no debería cambiar la forma en que funciona la física, por lo que diríamos que obedece Simetría CP. Si encontramos una diferencia, diríamos que se viola la simetría CP.

Si esta ruptura en la simetría fue lo suficientemente grande para las partículas correctas al principio del Universo, podría tener un efecto secundario que podría dejarnos con partículas. Tampoco tiene que ser mucho, solo quedan unas pocas partículas por cada 10 mil millones de fotones producidos.

Una de esas violaciones ya se había encontrado antes en 1964, cuando dos físicos estadounidenses lo detectaron indirectamente entre las estadísticas de un tipo raro de descomposición en haces de quarks llamados kaons.

Si bien fue un descubrimiento histórico, la escala de esta forma particular de violación resultó no ser lo suficientemente grande como para explicar el desequilibrio en la materia que vemos hoy.

Desde entonces, varios físicos han depositado sus esperanzas de una violación significativa de la simetría de CP en otras clases de partículas, como la que contiene electrones y neutrinos.

"Una forma de inferir la existencia de violaciones de PC en este sistema es medir los patrones de oscilación de los neutrinos y antineutrinos", dice Bignell.

"Si se viola el CP, serán diferentes. Esto es lo que ha hecho la colaboración T2K".

Los investigadores del detector Super Kamiokande mantuvieron la medición de estas oscilaciones en neutrinos después de que las partículas hubieran viajado desde el Complejo de Investigación del Acelerador de Protones de Japón a casi 300 kilómetros (aproximadamente 180 millas) de distancia.

Los resultados de nueve años se compararon con modelos que describen cómo las partículas deberían cambiar a esa distancia.

La gran cantidad de datos en este estudio significa que podemos estar más seguros que nunca de que una ruptura en esa simetría tan importante es lo que está detrás del patrón observado en la oscilación. neutrino sabores

"Este documento de la colaboración T2K representa un logro técnico extraordinario y hace una contribución importante a esta pregunta", dice Bignell.

Todavía estamos lejos de una respuesta final sobre la pregunta de por qué existe la materia tal como existe, y tendremos que esperar a futuros experimentos para determinar si esta violación en particular ayudará a explicarla. Si no, podríamos tener que esperar una física completamente nueva.

Esta investigación fue publicada en Naturaleza.

LO MÁS LEÍDO

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *