Evaluando la división de materia y antimateria

Un equipo internacional de físicos ha realizado la primera estimación teórica del tamaño de la violación CP, un parámetro que describe la diferencia entre materia y antimateria. Sus cálculos encajan con los datos experimentales, lo cual sugiere que tales datos son típicos de un marco de trabajo fundamental y no exponen ningún problema subyacente en el Modelo Estándar de la física de partículas.

Junto a la energía, los físicos creen que la “materia” aparece de dos formas: materia y antimateria. Aunque la mayor parte de los físicos cree que el Big Bang creó iguales cantidades de ambas, el universo actual está casi completamente compuesto de materia y esta discrepancia implica que debería haber una diferencia en el comportamiento de la materia y la antimateria. En el Modelo Estándar de la física de partículas esto se incorpora como un fenómeno conocido como violación de carga-paridad o “CP”.

La violación CP se descubrió de forma experimental en 1964 cuando Jim Cronin y Val Fitch de la Universidad de Princeton encontraron que el número cuántico CP cambiaba de signo durante el decaimiento de los kaones. Una década más tarde Makoto Kobayashi y Toshihide Maskawa de la Universidad de Nagoya explicaron el resultado en una matriz “CKM” de 3 x 3, la cual describe cómo el quark strange y el down dentro de un kaón pueden cambiar hacia sus antipartículas y viceversa, y haciendo esto ocasionalmente rompen la simetría CP. Ambos grupos recibieron Premios Nobel por sus esfuerzos.

La extensión de la violación CP en la matriz CKM viene dada por el conocido como parámetro Jarlskog, J, el cual tiene un valor máximo de aproximadamente 0,1. Ingenuamente se podría pensar que J tomase valores entre 0 y 0,1, pero en los experimentos resulta ser muy pequeño — aproximadamente 3 x 10-5 — y esto genera la cuestión de si existe algún factor desconocido para que sea así.

Los cosmólogos al rescate

Ahora, los cosmólogos Gary Gibbons y Steffen Gielen de la Universidad de Cambridge, Chris Pope de la Universidad de Texas A&M y Neil Turok del Instituto Perimeter han calculado que ese valor tan bajo de J era el esperado después de todo.

El grupo de Turok ha usado argumentos estadísticos basados en la “aleatoriedad” para investigar la forma de la geometría de la matriz CKM. Encontraron que cuando la masa de los quarks de la matriz se dejaba sin restringir, J resultaba ser mucho más grande de lo que indicaban los experimentos, pero cuando se introducían los valores conocidos de los quarks, J se acercaba a su valor observado. Han publicado sus resultados en la revista Physical Review Letters y Physical Review D.

“Lo que este trabajo explica es que el valor real de la violación CP que se mide es un valor típico”, dice Turok.

Mayor potencial

Distintas variaciones en el estudio de los investigadores podrían tener importantes consecuencias. Un análisis similar de una matriz 4×4, por ejemplo, revelaría la probabilidad de tener una cuarta generación de quarks más pesados sumada a las tres actualmente conocidas. Además, un análisis sobre neutrinos podría sugerir si estas partículas ligeras deberían exhibir procesos de violación CP.

Frank Wilczek, físico de partículas del Instituto Tecnológico de Massachusetts, quien compartió el Premio Nobel de Física en 2004 por su trabajo sobre las interacciones fuertes, sospecha que, no obstante, podría no haber más violaciones CP. Apunta que se sabe que la fase global de la matriz es mucho más pequeña de lo que podría explicarse mediante “chiripa estadística”, y cree que parece haber patrones en las matrices para los quarks y leptones que apuntan a unas teorías subyacentes más expansivas. Además, semana que existe cierto razonamiento circular en la lógica de los investigadores en la que tuvieron que suponer la masa de los quarks y su jerarquía asociada.

“Creo que la ‘aleatoriedad’ de la matriz [CKM] es algo que merece la pena explorar, y podría formar una línea base contra la que probar ideas alternativas basadas en la simetría o la dinámica”, añade. “Por otra parte me sorprendería y disgustaría si esta aleatoriedad fuese toda la historia”.



Información Adicional
Autor: Jon Cartwright
Fecha Original: 6 de abril de 2009
Enlace Original

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Comments (2)

  1. turok

    La simetria CP(conjugación de carga y paridad) no se conserva cuando en un proceso está implicada la fuerza débil.Dicho de otra manera, la física de la fuerza débil no es invariante con respecto a una transformación combinada CP.Esto se demostró con el experimento de Fitch-Cronin.Y lo cierto es que se han ensayado soluciones para entrar en los detalles de esa ruptura, pero hasta le fecha continua sin respuesta la pregunta de que por qué hay materia y no antimateria, si suponemos que en el Big-Bang se produjo tanta cantidad de una como de otra.Aunque lo cierto es que despues de todo si la simetria CP, fuera una simetría perfecta, nuestro Universo sería lo suficientemente diferente como para que no existieran ni estrellas, ni galaxias, ni planetas ni nosotros.Así que la Naturaleza sabe lo que hace al no respetar esa simetria.De todas formas sería bonito responder de una vez por todas, a la pregunta fundamental de por qué quedó un remanente de materia en las aniquilaciones primordiales materia-antimateria, que debieron de darse si como se supone había igual cantidad de ambas.¿una cuestión de decaimientos de partículas supermasivas primitivas, que no conocemos bien?.

  2. turok

    Conocer el detalle de esa ruptura de simetria CP sería importante.Se podria responder a esa pregunta que todos nos hacemos de por qué hay materia y no antimateria, si como se acepta generalmente se produjeron las mismas cantidades de una y de la otra en la explosión primordial:de hecho el Big-Bang no es otra cosa que una enorme ruptura de simetrias así que al enfriarse y gracias a la violación CP, quizás algunas partículas supermasivas primitivas podrian haber decaido de manera distinta a sus antiparticulas.Como sea, tampoco es nada malo que se viole la conjugación de carga y la paridad, puesto que si la simetria CP fuera perfecta, nuestro Universo sería lo suficientemente extraño como para no contener ni galaxias, ni estrellas, ni planetas, ni personas.Así que hace bien la Naturaleza en no respetar tal simetria.

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