Asimetría materia-antimateria


Los científicos de Fermilab que trabajan en el Experimento DZero, en el acelerador de partículas Tevatrón, (EEUU) anunciaron el 14 de Mayo que han encontrado evidencias de violaciones del comportamiento de la simetría materia-antimateria mayores de las predichas por la actual teoría de la física de partículas. La clara asimetría materia-antimateria se da en el comportamiento de las partículas que contienen quarks bottom.  Los resultados, enviados a la revista Physical Review D, indican que existe una diferencia de un 1% en la producción de pares de muones y pares de antimuones en la desintegración de mesones B producidas en las colisiones de alta energía en el colisionador de partículas Tevatron del Fermilab, lo cual es 50 veces más de lo que predice el Modelo Estándar. Según dicha teoría, en el origen del Universo hubo de producirse la misma cantidad de materia que de antimateria, por lo que, de mantenerse este balance, materia y antimateria eventualmente se habrían aniquilado, con lo cual no se hubiera producido la materia que compone las estrellas, planetas y todo lo que contienen.

Ésta es la primera medida que muestra una desviación significativa con respecto a las predicciones teóricas sobre diferencias en comportamiento entre materia y antimateria, un estudio que podrá completarse con los experimentos del Gran Colisionador de Hadrones (LHC).

El dominio de la materia que observamos en el universo sólo es posible si existen diferencias en el comportamiento de las partículas y antipartículas. Aunque los físicos han observado dichas diferencias (llamada “violación de CP”) en el comportamiento de las partículas durante décadas, estas diferencias conocidas son demasiado pequeñas para explicar el predominio observado de la materia sobre la antimateria en el universo y son plenamente coherentes con el Modelo Estándar. Si es confirmado por observaciones y análisis, el efecto observado por los físicos DZero podría representar un paso más hacia la comprensión de la dominación materia observada.

Sirviéndose de las características únicas de su detector de precisión y del nuevo desarrollo de métodos de análisis, los científicos DZero han demostrado que la probabilidad de que esta medida es compatible con cualquier efecto conocido es inferior al 0,1 por ciento (3,2 desviaciones estándar).

Cuando la materia y la antimateria colisionan en choques de alta energía, las partículas se convierten en energía y producen nuevas partículas y antipartículas. En el colisionador protón-antiprotón de Fermilab, los científicos observan cientos de millones cada día. Procesos similares se produjeron en el comienzo del universo y debería habernos dejado con un universo con cantidades iguales de materia y antimateria. Pero el mundo que los rodea está hecho de materia y las  antipartículas sólo pueden ser producidas en colisionadores, en las reacciones nucleares o rayos cósmicos. “¿Qué pasó con la antimateria?” Es una de las cuestiones centrales de la física de partículas del siglo XXI.

Para obtener el nuevo resultado, los físicos DZero realizaron el análisis de datos “a ciegas”, para evitar prejuicios basandose en lo que observan. Sólo después de un largo período de verificación de las herramientas de análisis, los físicos de DZero observaron el conjunto de datos al completo. Los científicos inviertieron la polaridad del campo magnético y sus detectores durante la recolección de datos para cancelar los efectos instrumentales.

La precisión de las mediciones DZero siguen estando limitado por el número de colisiones registradas hasta la fecha por el experimento. DZero  siguen recogiendo datos y refinando los análisis para atender a esta y muchas otras cuestiones fundamentales.

Si se confirman las medidas obtenidas en el experimento Dzero por otras observaciones y análisis, el efecto visto por los científicos del Tevatrón podría representar un paso más hacia el entendimiento de por qué la materia domina el Universo actual y hacia el descubrimiento de nueva física más allá de la que conocemos actualmente. El LHC estará en una buena posición para indagar más en este enigma, puesto que uno de sus experimentos, LHCb, está diseñado específicamente para estudiar la violación de la simetría CP. Además la luminosidad prevista para el LHC (número de colisiones producidas en un determinado tiempo y espacio) es tan alta que permitirá acumular muchos más datos, con lo que los estudios estadísticos serán aún más significativos.

La confirmación de las medidas de DZero en el LHC podría producirse en el plazo de uno o dos años, lo cual conduciría a una revisión del Modelo Estándar. Responder a la cuestión de la violación CP descubriendo nuevos tipos de partículas llevará a formular otras preguntas como por ejemplo sobre su origen y propiedades, que otros experimentos del LHC como ATLAS y CMS podrían responder”. Por su parte, los dos experimentos del Tevatrón (DZero y CDF) continuarán recopilando datos y refinando los análisis al menos hasta el final del 2011.

El resultado se basa en datos recopilados en los últimos ocho años por el experimento DZero: con una luminosidad integrada de 6 femtobarns inversos, correspondientes a cientos de miles de millones de colisiones entre protones y antiprotones en el colisionador Tevatron.

DZero es un experimento internacional de unos 500 físicos de 86 instituciones en 19 países. Es apoyado por el Departamento de Energía de EE.UU., la National Science Foundation y financiado por una serie de organismos internacionales.

Fermilab es un laboratorio nacional, financiado por la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de EE.UU., operado bajo contrato por Fermi Research Alliance, LLC.

Sus dos mayores contribuciones al Modelo Estándar fueron el descubrimiento del quark bottom (1977) y del quark top (1995). En 2000 se hizo la primera observación directa del Tau-neutrino, la última partícula fundamental observada. En 2009, experimentos realizados en Fermilab restringieron significativamente la masa del ‘bosón de Higgs’, paso previo para el descubrimiento de esta partícula que otorgaría masa al resto.

Picando en la foto se accede a la página de youtube de fermilab donde se pueden ver vídeos de experimentos realizados e información sobre sus actuaciones

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Publicado el 23 mayo 2010 en Ciencia y Tecnología, LHC y etiquetado en , , , . Guarda el enlace permanente. Deja un comentario.

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