Físicos observan la asimetría materia-antimateria en la descomposición de partículas de encanto
Físicos de la Large Hadron Collider beauty (LHCb) Collaboration del CERN han observado, por primera vez, la asimetría materia-antimateria conocida como violación de la paridad de carga (PC) en la descomposición de un mesón D 0, una partícula subatómica formada por un quark de encanto y un quark anticuario. El imán del LHCb. Fotografía: CERN. El término CP se refiere a la transformación que intercambia una partícula con la imagen espejo de su antipartícula. Se sabe que las interacciones débiles del Modelo Estándar de la física de partículas inducen una diferencia en el comportamiento de algunas partículas y de sus contrapartes CP, una asimetría conocida como violación CP.
Esta asimetría es uno de los ingredientes clave necesarios para explicar por qué el Universo actual está compuesto sólo de partículas de materia, sin esencialmente ninguna presencia residual de antimateria. El fenómeno se observó por primera vez en 1964 en la descomposición de partículas llamadas mesones K neutros, que contienen un quark extraño, y los dos físicos que hicieron el descubrimiento, James Cronin y Val Fitch, recibieron el Premio Nobel de Física en 1980. Tal descubrimiento fue una gran sorpresa en ese momento, ya que la comunidad de físicos de partículas creía firmemente que la simetría de la PC no podía ser violada. A principios de la década de 1970, Makoto Kobayashi y Toshihide Maskawa se dieron cuenta de que la violación de la PC podía incluirse naturalmente en el Modelo Estándar. Su idea fundamental fue confirmada tres décadas más tarde por el descubrimiento de la violación de la PC en los decaimientos de los mesones B neutrales, que contienen un quark de fondo, por las colaboraciones de BaBar y Belle, lo que llevó a la concesión del Premio Nobel de Física 2008 a Kobayashi y Maskawa.
"Ha habido muchos intentos de medir la asimetría materia-antimateria, pero, hasta ahora, nadie ha tenido éxito. Es un hito en la investigación de la antimateria", dijo el profesor Sheldon Stone de la Universidad de Syracuse, miembro de la Colaboración del LHCb. Una transformación de simetría CP intercambia una partícula con la imagen espejo de su antipartícula. La Colaboración del LHCb ha observado una descomposición de esta simetría en la descomposición del mesón D 0 (ilustrada por la esfera grande a la derecha) y su contraparte antimateria, la anti-D 0 (esfera grande a la izquierda), en otras partículas (esferas más pequeñas).
El alcance de la descomposición se dedujo de la diferencia en el número de descomposiciones en cada caso (barras verticales, sólo a título ilustrativo). Fotografía: CERN. Para observar la asimetría de CP en el mesón D 0, los físicos utilizaron el conjunto de datos completo entregado por el Gran Colisionador de Hadrones al experimento del LHCb entre 2011 y 2018 para buscar decaimientos del mesón D 0 y su antipartícula, el anti-D 0 , ya sea en caones o piones. "Buscar estos dos productos de descomposición en nuestra muestra sin precedentes de partículas D 0 nos dio la sensibilidad necesaria para medir la pequeña cantidad de violación de la PC que se espera para tales descomposiciones", dijo el Dr. Giovanni Passaleva, portavoz de la Colaboración del LHCb.
"Medir el alcance de la violación y luego se redujo a contar las caries D 0 y anti-D 0 y tomar la diferencia." "No vemos antimateria en nuestro mundo, así que tenemos que producirla artificialmente. Los datos de estas colisiones nos permiten trazar un mapa de la descomposición y transformación de partículas inestables en subproductos más estables", dijo el Dr. Ivan Polyakov, de la Universidad de Syracuse, miembro de la Colaboración del LHCb. El resultado tiene una significación estadística de 5,3 desviaciones estándar, superando el umbral de 5 desviaciones estándar utilizado por los físicos de partículas para reivindicar un descubrimiento.
"Lo que hace que este estudio sea único es que es la primera vez que alguien ha sido testigo de partículas con quarks encantados que son asimétricas. Es uno para los libros de historia", dijo el profesor Stone. "El resultado es un hito en la historia de la física de partículas", dijo el Dr. Eckhard Elsen, Director de Investigación y Computación del CERN. Desde el descubrimiento del mesón D hace más de 40 años, los físicos de partículas han sospechado que la violación de la PC también ocurre en este sistema, pero sólo ahora, usando esencialmente la muestra de datos completa recolectada...".
Esta asimetría es uno de los ingredientes clave necesarios para explicar por qué el Universo actual está compuesto sólo de partículas de materia, sin esencialmente ninguna presencia residual de antimateria. El fenómeno se observó por primera vez en 1964 en la descomposición de partículas llamadas mesones K neutros, que contienen un quark extraño, y los dos físicos que hicieron el descubrimiento, James Cronin y Val Fitch, recibieron el Premio Nobel de Física en 1980. Tal descubrimiento fue una gran sorpresa en ese momento, ya que la comunidad de físicos de partículas creía firmemente que la simetría de la PC no podía ser violada. A principios de la década de 1970, Makoto Kobayashi y Toshihide Maskawa se dieron cuenta de que la violación de la PC podía incluirse naturalmente en el Modelo Estándar. Su idea fundamental fue confirmada tres décadas más tarde por el descubrimiento de la violación de la PC en los decaimientos de los mesones B neutrales, que contienen un quark de fondo, por las colaboraciones de BaBar y Belle, lo que llevó a la concesión del Premio Nobel de Física 2008 a Kobayashi y Maskawa.
"Ha habido muchos intentos de medir la asimetría materia-antimateria, pero, hasta ahora, nadie ha tenido éxito. Es un hito en la investigación de la antimateria", dijo el profesor Sheldon Stone de la Universidad de Syracuse, miembro de la Colaboración del LHCb. Una transformación de simetría CP intercambia una partícula con la imagen espejo de su antipartícula. La Colaboración del LHCb ha observado una descomposición de esta simetría en la descomposición del mesón D 0 (ilustrada por la esfera grande a la derecha) y su contraparte antimateria, la anti-D 0 (esfera grande a la izquierda), en otras partículas (esferas más pequeñas).
El alcance de la descomposición se dedujo de la diferencia en el número de descomposiciones en cada caso (barras verticales, sólo a título ilustrativo). Fotografía: CERN. Para observar la asimetría de CP en el mesón D 0, los físicos utilizaron el conjunto de datos completo entregado por el Gran Colisionador de Hadrones al experimento del LHCb entre 2011 y 2018 para buscar decaimientos del mesón D 0 y su antipartícula, el anti-D 0 , ya sea en caones o piones. "Buscar estos dos productos de descomposición en nuestra muestra sin precedentes de partículas D 0 nos dio la sensibilidad necesaria para medir la pequeña cantidad de violación de la PC que se espera para tales descomposiciones", dijo el Dr. Giovanni Passaleva, portavoz de la Colaboración del LHCb.
"Medir el alcance de la violación y luego se redujo a contar las caries D 0 y anti-D 0 y tomar la diferencia." "No vemos antimateria en nuestro mundo, así que tenemos que producirla artificialmente. Los datos de estas colisiones nos permiten trazar un mapa de la descomposición y transformación de partículas inestables en subproductos más estables", dijo el Dr. Ivan Polyakov, de la Universidad de Syracuse, miembro de la Colaboración del LHCb. El resultado tiene una significación estadística de 5,3 desviaciones estándar, superando el umbral de 5 desviaciones estándar utilizado por los físicos de partículas para reivindicar un descubrimiento.
"Lo que hace que este estudio sea único es que es la primera vez que alguien ha sido testigo de partículas con quarks encantados que son asimétricas. Es uno para los libros de historia", dijo el profesor Stone. "El resultado es un hito en la historia de la física de partículas", dijo el Dr. Eckhard Elsen, Director de Investigación y Computación del CERN. Desde el descubrimiento del mesón D hace más de 40 años, los físicos de partículas han sospechado que la violación de la PC también ocurre en este sistema, pero sólo ahora, usando esencialmente la muestra de datos completa recolectada...".
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