Científicos del experimento LHCb del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) han detectado diferencias en la descomposición de partículas y antipartículas que contiene un bloque de construcción básico de materia, el llamado quark encantado. Este nuevo tipo de asimetría materia-antimateria, conocida como violación CP en las desintegraciones de una partícula llamada mesón D0, se puede considerar un hito que pasará a formar parte de los libros de texto sobre física de partículas.
Los investigadores han observado cómo la descomposición de la simetría CP en las desintegraciones del mesón D0 (ilustrado, en la imagen anterior, por la esfera grande, a la derecha), y su contraparte de antimateria el anti D0 (esfera grande a la izquierda), en otras partículas (esferas más pequeñas).
Esta es la primera vez que se detecta el fenómeno conocido como violación CP, cuya presentación tuvo lugar el jueves pasado durante la conferencia anual de físicos en Moriond (Francia) y en un seminario del CERN. “El resultado es un hito en la historia de la física de partículas. Desde el descubrimiento del mesón D hace más de 40 años 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”, destaca el director de Investigación y Computación del CERN, Eckhard Elsen.
El Big Bang debería haber creado iguales cantidades de materia y antimateria. ¿Por qué entonces esta desigualdad? La violación CP, un efecto visto solamente en ciertas partículas elementales, podría dar la respuesta. El proceso fue observado por primera vez en los años 60 en el laboratorio de Brookhaven (EEUU) en partículas conocidas como mesones K, que contienen un quark strange (extraño). En 2001, los laboratorios SLAC (EEUU) y KEK (Japón) detectaron también el fenómeno en mesones B neutros, que contienen un quark bottom (fondo). Estos hallazgos valieron dos premios Nobel en Física en 1980 y 2008, respectivamente.
El tipo de violación CP observada hasta ahora en las interacciones del modelo estándar, sin embargo, es demasiado pequeño para explicar el desequilibrio actual entre materia y antimateria, lo que sugiere la existencia de fuentes de violación CP que están aún por descubrir.
El quark encantado
El mesón D0 está hecho de un quark charm (encantado) y un antiquark up (arriba). Hasta el momento, la violación CP había sido observada solo en partículas que contienen quarks strange o bottom. Los hallazgos llevados a cabo por el nuevo experimento LHCb han confirmado el patrón descrito en el modelo estándar por la llamada ‘matriz de mezcla de Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM)’, que describe cómo los diferentes tipos de quarks, los ladrillos que componen la materia visible, se transforman unos en otros mediante la interacción débil. El descubrimiento de la violación CP en mesones D0 es la primera evidencia de esta asimetría en el quark charm y añade nuevas hipótesis a la exploración.
En el experimento LHCb, donde se ha realizado este descubrimiento histórico en física de partículas, participa el Instituto Gallego de Física de Altas Energías (IGFAE, Universidad de Santiago de Compostela), el Instituto de Física Corpuscular (IFIC, CSIC-Universidad de Valencia) y el Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universidad de Barcelona (ICCUB).
Fuente: CPAN/CERN
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