El pasado 24 de marzo, en la conferencia anual Rencontres de Moriond en La Thuile, Italia, la colaboración LHCb del CERN, en la que participan investigadores españoles, aportó nuevas pistas sobre en las diferencias entre materia y antimateria. Forman parte de la colaboración científicos de la Universidad de Santiago de Compostela (USC), de la Universidad de Barcelona (UB), de la Universitat Ramon Llull (URL) y del Instituto de Física Corpuscular (IFIC) de Valencia.
A partir de los datos producidos por el Gran Colisionador de Hadrones (LHC por sus siglas en inglés), el equipo internacional de la colaboración LHCb que da nombre al experimento, encontró grandes evidencias de que las partículas conocidas como bariones, como son los protones y neutrones que forman el núcleo atómico, están sujetas a una asimetría tipo espejo en las leyes fundamentales de la naturaleza que causa que la materia y antimateria se comporten de un modo diferente. Este descubrimiento proporciona nuevas formas de entender por qué las partículas elementales que forman la materia se ordenan siguiendo los patrones ordenados descritos por el Modelo Estándar de Física de Partículas, y permite explorar por qué la materia aparentemente prevaleció sobre la antimateria en los primeros instantes del Universo después del Big Bang.
La violación de la simetría conocida como 'Carga-Paridad' (CP) ha sido objeto de numerosos estudios desde que fue observada por primera vez en los años 60, al estudiar las partículas conocidas como mesones. Se esperaba que la violación CP también se produjera bariones, pero experimentos como los realizados hasta ahora, usando el detector LHCb, sólo habían visto pequeñas pistas de violación CP en bariones.
“La razón por la que ha llevado más tiempo observar la violación CP en los bariones, en comparación con los mesones, se debe a la pequeñez de su efecto y a los datos disponibles” explica el portavoz de LHCb, Vincenzo Vagnoni. “Necesitábamos una máquina como el LHC capaz de producir el suficiente número de un determinado tipo de bariones y sus antipartículas, y necesitábamos un experimento junto con esa máquina capaz de determinar con precisión los productos de su desintegración. Nos llevó unas 80.000 desintegraciones de bariones hasta que vimos por primera vez una asimetría materia-antimateria en esta clase de partículas”.
Las partículas tienen idéntica masa y carga opuesta respecto a su antipartícula. Sin embargo, cuando las partículas se transforman o se desintegran en otras partículas, la violación CP causa una pequeña asimetría entre partículas y antipartículas. Este efecto se manifiesta en una diferencia entre la tasa a la cual las partículas y sus antipartículas se desintegran en partículas más ligeras, lo que los físicos pueden registrar utilizando detectores y técnicas de análisis altamente sofisticados.
Los resultados del análisis determinaron que estadísticamente el resultado observado puede atribuirse a la existencia de violación CP en la desintegración bariónica considerada.
Pese a que se esperaba que la violación CP existiese en bariones, las complejas predicciones del Modelo Estándar de Física de Partículas todavía no son suficientemente precisas para permitir una comparación entre la teoría y la medida del LHCb.
Sorprendentemente, la magnitud en la violación CP prevista por el Modelo Estándar de Física de Partículas es muchos órdenes de magnitud inferior al umbral que se necesita para poder explicar la asimetría materia-antimateria observada en el Universo. Esto sugiere la existencia de nuevas fuentes de violación CP más allá de las previstas en el Modelo Estándar, la búsqueda de las cuales es una parte importante del programa de física del LHC, y lo será también en futuros colisionadores.
