Parte del Gran Colisionador de Hadrones del CERN.
Un nuevo hito del Colisionador del CERN ayuda a entender por qué hay más materia que antimateria en el Universo
El experimento confirma que el exceso de materia frente al de antimateria es lo que ha permitido la existencia del actual Universo a partir del Big Bang.
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Los modelos cosmológicos plantean que en el momento del Big Bang se crearon cantidades equivalentes de materia y de antimateria, dos 'gemelos opuestos' que se anulan mutuamente. No obstante, la materia acabó prevaleciendo sobre su gemela oscura, lo que ha permitido la existencia del Universo tal y como lo conocemos, incluyéndonos a nosotros mismos. Este fenómeno se atribuye a una vulneración de un principio esencial, el de la simetría, en beneficio de la materia que se denomina 'violación CP'.
El comportamiento asimétrico de la materia frente a la antimateria fue anticipado por el Modelo Estándar de la Física, y se observó experimentalmente el siglo pasado usando unas partículas llamadas mesones. Ahora, más de 60 años después, el instrumento LHCb (Large Hadron Collider beauty experiment) del CERN ha logrado observar este fenómeno en desintegraciones de bariones, partículas que componen la mayor parte de la materia universal. El estudio tiene participación española y se publica en Nature.
Los mesones están compuestos por dos quarks, explica Nuria Rius, catedrática y directora del Instituto de Física Corpuscular (IFIC) de la Universitat de València - CSIC en declaraciones a Science Media Centre. Los bariones son los neutrones y protones, y están formados por tres. "Se trata, por tanto, de un resultado pionero, que confirma nuestra teoría sobre las leyes fundamentales de la naturaleza y además representa un primer paso para realizar nuevas medidas experimentales en el futuro, aún más precisas, que nos pueden ayudar a desvelar nueva física", afirma.
“En el Big Bang, la explosión que formó el universo primigenio, materia y antimateria fueron creadas en la misma proporción. Se aniquilaron mutuamente, dando lugar a radiación, hasta que la antimateria se agotó. Apenas observamos una partícula de materia (protones, neutrones, electrones) por cada mil millones de partículas de radiación (fotones). Nuestra propia existencia es debida a este insignificante exceso de materia, pero ¿cómo se produjo?", se pregunta Antonio Pich, catedrático de Física Teórica en el Instituto de Física Corpuscular (IFIC), Universitat de València - CSIC.
Las leyes físicas del electromagnetismo, la interacción fuerte (nuclear) y la gravitación son idénticas para las partículas de materia y antimateria, prosigue Pich, presentándose la anomalía únicamente en la interacción débil. Para explicar esta asimetría "hace falta que las leyes físicas", explica, efectuando una "transformación CP" (inversión de cargas más paridad). Y el Modelo Estándar de la Física no satisface enteramente esta condición, implicando que existe alguna "interacción adicional desconocida". De ahí el "enorme interés" de "buscar experimentalmente violaciones de la simetría CP".
"La importancia de los resultados anunciados por el experimento LHCb radica en que es la primera vez que se observa una violación de CP en bariones", subraya el investigador. "Concretamente, se ha observado una diferencia significativa entre las desintegraciones del barión Lambda_b y su correspondiente antibarión". Esta partícula Lambda_b (o estado "b d u"), precisa, es como "un neutrón ("d d u") al que se le ha cambiado un quark ligero 'd' por un quark pesado 'b'".
"El hecho de que la primera observación se haya realizado en un barión pesado está de acuerdo con lo esperado en el Modelo Estándar, pero es todavía muy pronto para sacar conclusiones", concluye Pich. "Esperamos que a esta interesante medida le sigan otras observaciones de fenómenos con violación de CP, proporcionándonos valiosa información sobre física desconocida más allá del Modelo Estándar".
