Entre la materia y la antimateria: el CERN demuestra el comportamiento de una partícula asombrosa

El mesón ‘charm’ es un extraordinario tipo de bosón que puede oscilar entre partícula y antipartícula. Un artículo en pre-publicación ofrece datos experimentales que analizan este comportamiento.

LHC
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Un equipo de investigadores de la Universidad de Oxford acaba de anunciar los resultados de un experimento llevado a cabo en el CERN (Laboratorio Europeo de Física de Partículas, Suiza) en el que muestra la primera evidencia empírica de que una partícula subatómica puede oscilar entre la materia y la antimateria. La investigación, no obstante, acaba de ser enviada a la revista Physical Review Letters y está a la espera del proceso de revisión por pares, aunque se encuentra disponible como preprint en el repositorio arXiv.

Los mesones ‘charm’ son un tipo de bosón que contienen un quark y un antiquark, y desde hace tiempo se conocía su capacidad para viajar con una mezcla de sus estados de partícula-antipartícula. Sin embargo, estos nuevos resultados demuestran que estas partículas atómicas pueden oscilar de forma espontánea entre ambos estados. Esta nueva evidencia científica va a permitir a los científicos abordar algunas de las preguntas más importantes de la física sobre el comportamiento de las partículas que no se puede explicar por el modelo estándar, que es la hasta ahora teoría más robusta de la física.

Materia y antimateria

Como ya hemos comentado, los mesones charm pueden ser partícula y antipartícula a la vez, en un fenómeno conocido como superposición cuántica y que da como resultado dos partículas, pero cada una tiene su propia masa. La existencia de las dos versiones, pesada y ligera, permiten que el mesón oscile del estado da partícula al de antipartícula y viceversa.

Empleando los datos recopilados durante la segunda ejecución del Gran Colisionador de Hadrones (LHC), los investigadores midieron una diferencia de masa entre las dos partículas de 0,00000000000000000000000000000000000001 gramos, o en notación científica 1x10-38 g.

No es la primera partícula descrita con este comportamiento

Según el modelo estándar, solo hay cuatro tipos de partículas que pueden convertirse en su antipartícula. Este fenómeno de mezcla se observó por primera vez en la década de los 60 en los llamados mesones ‘strange’ y, posteriormente, en 2006 también se demostró la oscilación de los mesones ‘strange-beauty’. “A diferencia de los mesons ‘beauty’, la oscilación de los mesones ‘charm’ es muy lenta y, por tanto, extraordinariamente difícil de medir”, explica Guy Wilkinson, uno de los autores del nuevo trabajo. “Las oscilaciones son tan lentas que la gran mayoría de las partículas se desintegra antes de tener la oportunidad de oscilar. Sin embargo, gracias a la capacidad del LHCb hemos recopilado datos suficientes como para demostrarlo”.

Según los autores, este descubrimiento de la oscilación del mesón charm abre una nueva y emocionante fase en la exploración física: el siguiente paso es comprender el proceso de oscilación en sí mismo, lo que supondría un gran paso para resolver el misterio de la asimetría materia- antimateria. "Pequeñas mediciones como esta pueden decirnos grandes cosas sobre el Universo que no esperábamos", indica Mark Williams de la Universidad de Edimburgo. El resultado, 1x10-38g, cruza el nivel de significación estadística de "cinco sigma" que se requiere para reclamar un descubrimiento en la física de partículas.

 

 

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