Nuevos conocimientos sobre partículas subatómicas – “Podría cambiar nuestra forma de entender la formación del Universo”

Un equipo internacional de físicos ha publicado una investigación innovadora sobre la descomposición de las partículas subatómicas llamadas kaones (mesones K) – que podría cambiar la forma en la que los científicos a entienden la formación del universo. Nicolas Garron, investigador en el Centre of Mathematical Sciences, ha ayudado a diseñar el primer cálculo teórico de cómo el comportamiento de los kaones difiere cuando la materia – cualquier cosa con masa, como el mundo que nos rodea – se intercambia por antimateria – hecha de partículas similares con carga opuesta.

El cálculo del decaimiento de los kaones se llevó a cabo en supercomputadoras, cuyos cálculos  habrían tardado 200 M de horas de procesamiento en un ordenador portátil. La velocidad a la que decaen los kaones destaca que a pesar de ser prácticamente idénticos, existe una asimetría entre materia y antimateria. Esto es clave para la comprensión de los físicos del universo, ya que está actualmente aceptado que el universo fue “creado” con partes iguales de materia y antimateria, y, actualmente la materia ha sobrepasado a su contraparte negativa, los dos conjuntos de partículas deben de haberse comportado de manera diferente – por leve que fuera la diferencia.

El trabajo de un Premio Nobel, que se remonta a 1964 mostró por primera vez que la materia y la antimateria son asimétricas, un concepto conocido como violación indirecta CP. En el 2000, se pudo descubrir violación CP directa – un pequeño efecto, que sólo afecta a unas pocas partículas de entre un millón. Ahora,según  la investigación publicada, se ha reducido el cálculo aún más, por lo que es la primera predicción teórica de su tipo – en lugar de experimental.

En la actualidad, los resultados experimentales son consistentes con el cálculo teórico. Pero, con el camino ahora listo para para establecer aún más claramente la exactitud del cálculo, se espera que los resultados experimentales pueden no ajustarse a la predicción teórica – lo que significaría que un nuevo mecanismo debe ser responsable de la preponderancia de la materia.

“Los físicos han estado esperando durante más de 40 años este tipo de avance“, dijo Garron. “Suena extraño, pero estamos buscando que el cálculo teórico no coincida con los resultados experimentales, ya que esto significa que hay más en la conducta de estas partículas y nunca lo hemos entendido. El cálculo está en curso con una precisión que está aumentando rápidamente, dejando la posibilidad de que la evidencia de fenómenos nuevos, no descritos por nuestra teoría, sin embargo, puedan ser descubiertos“.

El superordenador en el que se llevó a cabo la investigación se encuentra en diversas instituciones en el Reino Unido y en EE.UU.. El mes pasado, la Universidad de Plymouth acordó una importante actualización de las instalaciones de computación, la mejora de la actual potencia de cálculo por aproximadamente un factor de diez.

“También somos parte de un consorcio de grupos de investigación y compartimos nuestros recursos con Cambridge, Edimburgo, Glasgow, Liverpool, Oxford, Southampton, y las universidades de Swansea. Este es un programa nacional llamado Dirac, que apoya la física de partículas, la astronomía y la cosmología, y ha recibido 15 millones de £ desde 2011. Esta investigación sobre la asimetría materia-antimateria, que desafía seriamente nuestra comprensión actual de la física de partículas, no habría sido posible sin instalaciones de supercomputación“.

Dr. Nicolás Garron es investigador en el  Centre of Mathematical Sciences, en la School of Computing, Electronics and Mathematics at Plymouth University.

El trabajo de investigación, titulado Standard Model Prediction for Direct CP Violation in K  Decay, ya está disponible para ver en la revista Physical Review Letters.