Simetría matemática arroja luz sobre la física fundamental

Un equipo de investigadores del Instituto Perimeter, la Universidad de Cambridge, y la Universidad Texas A&M han estimado por primera vez, a partir de argumentos matemáticos simétricos, el tamaño de un desequilibrio fundamental que impregna el mundo subatómico. Este desequilibrio, conocido como violación CP, distingue la materia de la antimateria y es esencial para comprender por qué la materia predomina sobre la antimateria en el mundo natural.

Aplicando una nueva aproximación estadística, Gary Gibbons y Steffen Gielen de Cambridge, Chris Pope de Texas A&M y Neil Turok del Instituto Perimeter demostraron cómo pueden usarse matrices aleatorias para estimar el tamaño de la violación CP esperado en la naturaleza. Para su sorpresa, sus resultados encajaban bien con los datos observados experimentalmente en los quarks. El equipo también demostró cómo esta aproximación podría aplicarse para juzgar si es probable que haya, o no, más de tres familias de partículas subatómicas en la naturaleza, y para anticipar las propiedades de las exóticas partículas llamadas neutrinos. El trabajo también proporciona pistas sobre el mecanismo físico que causó el desequilibrio entre materia y antimateria en el universo.

Este es un nuevo capítulo de una historia que ha estado desarrollándose desde hace décadas: a principios de la década de 1970, en una época en la que se pensaba que había sólo dos familias de partículas subatómicas, Makato Kobayashi y Toshihide Maskawa de Japón usaron matrices para predecir la existencia de una tercera familia de partículas. La existencia de esta tercera familia dio una base para la comprensión de la asimetría en la naturaleza que llevó a más materia que antimateria, y de estar forma dio lugar a todos los átomos que componen nuestro universo visible. Las partículas que predijeron teóricamente efectivamente se encontraron posteriormente en los experimentos de partículas; el quark charm en 1974, el bottom en 1977, y el top en 1995. Kobayashi y Moskawa compartieron el Premio Nobel en 2008 pro esta visión fundamental.

De acuerdo con Turok, “Kobayashi y Maskawa explicaron por qué era natural esperar que las partículas y antipartículas fueran ligeramente diferentes, pero no explicaron cómo debió darse la gran diferencia. Intentamos preguntar, ¿cómo de grande es la diferencia entre la materia y antimateria, normalmente? Lo que explica este trabajo es el valor real de la violación CP que se mide como valor típico. Hubo un segundo éxito, al predecir también los ángulos que relacionan, o acoplan, las distintas familias entre sí, y de nuevo encontramos que lográbamos valores aproximadamente correctos. Es más, estábamos preguntado, ¿existe una física más compleja en marcha que no ha sido tenida en cuenta en nuestra comprensión actual, o es simplemente algo más de física común? Este no es el final de la historia, desde luego — aún tenemos que encontrar el mecanismo físico que fije el calor real de la violación CP — pero esta es una guía sobre lo que es este mecanismo”.

Las técnicas matemáticas aplicadas por los autores tienen implicaciones para la cosmología y la Teoría de Cuerdas, así como para la física de partículas, un ejemplo de interdisciplinariedad que está haciendo que la física sea tan apasionante actualmente. El trabajo también es parte de una colaboración desarrollada entre el Instituto Perimeter, Cambridge y el Instituto George P. y Cynthia W. Mitchell de Física Fundamental en la Universidad de Texas A&M.

Para el futuro, este nuevo método proporciona una forma de evaluar cuales de las muchas modificaciones que han sido propuestas para el Modelo Estándar de la física son más plausibles que otras. La aproximación puede usarse, por ejemplo, para comprobar un escenario que postule cuatro familias de partículas, en lugar de las 3 actualmente aceptadas. En otras palabras, simplemente usando las matemáticas, se pueden obtener respuestas que ningún acelerador de partículas ha sido aún capaz de proporcionar experimentalmente. El trabajo puede ayudar por tanto a guiar experimentos futuros, tales como los del Gran Colisionador de Hadrones del CERN. Dados los enormes costos implicados en experimentos a una escala tan grande, tal guía puede mostrarse como realmente muy útil.

El artículo se publica en el ejemplar de la revista Physical Review Letters, del 27 de marzo de 2009. El texto completo del artículo puede encontrarse en ArXiv.



Fecha Original: 25 de marzo de 2009
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Comments (4)

  1. Simetría matemática arroja luz sobre la física fundamental…

    [C&P] Un equipo de investigadores del Instituto Perimeter, la Universidad de Cambridge, y la Universidad Texas A&M han estimado por primera vez, a partir de argumentos matemáticos simétricos, el tamaño de un desequilibrio fundamental que imp…

  2. Turok

    Una nueva familia de partículas, así a primera vista diría que cuantas más partículas y más interacciones mejor para la “Teoría de Cuerdas”.Porque el artículo no aclara cuales son esas implicaciones para la Teoria de Cuerdas.Por otra parte antes se decía que según cual fuera la densidad de neutrinos el universo podria dejar de expandirse e incluso ir hacia el “Bing-Crunch”.Pero esto no casa con la recien observada aceleración de la expansión del Universo, atribuido a esa extraña “Energia oscura”, que según los cosmólogos podría acelararlo hasta llegar a desgarrar cúmulos de galaxias, galaxias,estrellas, planetas,satélites, y personas…algunos de éllos(de cosmológos)sugieren que acaso vivamos en un tiempo en el que tenemos la suerte de poder áun contemplar el Universo, que algún día podría dejar de existir…(Tranquilos, faltan miles de millones de años para que éllo suceda….mucho antes, muchísimo antes nuestra especie se habrá extinguido)

  3. kathia

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