Se acumulan las pruebas de la anomalía de antimateria

Mala simetría. Si la materia y la antimateria no son opuestos exactos, esto podría explicar por qué el universo existe todavía. Crédito: Fermi National Laboratory

Artículo publicado por Jon Cartwright el 29 de febrero de 2012 en Science News

El Big Bang creó una gran cantidad de materia – junto con la misma cantidad de antimateria, que se aniquilaron entre sí y llevaron al universo a un final prematuro. Esto es lo que la física teórica aceptada nos dice – aunque las cosas, claramente, no fueron así. Ahora, unos resultados de un colisionador de partículas en los Estados Unidos están proporcionando nuevas pruebas de una sutil diferencia en las propiedades de materia y antimateria, las cuales podrían explicar cómo sobrevivió el joven universo.

La primera prueba de una diferencia entre materia y antimateria se encontró en la década de 1960 en la desintegración de unas partículas neutras conocidas como kaones, que valió la concesión de un Premio Nobel de física. En 2001, aceleradores en los Estados Unidos y Japón encontraron más pruebas de diferencias en unas partículas llamadas mesones B. Entonces, el año pasado, en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) cerca de Ginebra en Suiza, se encontraron pruebas en un tercer sistema, los mesones D, pero no había suficientes datos para descartar un error estadístico. Los nuevos resultados – que proceden del experimento Collider Detector at Fermilab (CDF) cerca de Chicago – no son pruebas concluyentes, pero rebajan la posibilidad de que sea un error estadístico a 1 entre 10 000. “Estoy seguro que en pocos días toda la gente que trabaja en este campo se sentirá mucho más confiada en que esto es verdaderamente real”, dice Giovanni Punzi, portavoz del experimento CDF.

Los físicos han sospechado desde hace tiempo que una diferencia en las propiedades de materia y antimateria es la clave para la supervivencia del joven universo. Tal diferencia – conocida técnicamente como violación de carga-paridad (CP) – habría permitido que la materia normal predominase sobre la antimateria, de forma que la materia normal pudiese formar todas las cosas que vemos actualmente en el universo.

Para ser testigos de la violación CP, los físicos estudian las partículas para ver si hay alguna diferencia en la tasa de desintegración entre las partículas normales y sus antipartículas. La teoría aceptada de las partículas elementales, el Modelo Estándar, permite un bajo nivel de violación CP – incluyendo el revelado en los descubrimientos de las décadas de 1960 y 2000 – pero no lo bastante para explicar la predominancia de la materia común. Por tanto, los investigadores han estado tratando de encontrar casos en los que la violación CP sea más alta.

El detector LHCb en el CERN, y el CDF en Fermilab, son dos de tales experimentos. Rastrean las rutas de las partículas mesones D0 y sus antipartículas. Pueden desintegrarse en pares de piones o kaones, y recontando estos productos de desintegración, los equipos de LHCb y CDF pueden calcular las diferentes tasas de desintegración entre las partículas D0 y sus antipartículas.

En noviembre, el equipo LHCb informó de que las tasas de desintegración diferían en un 0,8% – unas ocho veces la cantidad que normalmente se espera que permita el Modelo Estándar, y tal vez suficiente para ayudar a explicar el origen de la predominancia de materia sobre antimateria. Por desgracia, la medida no era muy precisa: La significación estadística era de aproximadamente 3 sigma, lo que significa que había una posibilidad entre 100 de que hubiese un error aleatorio en los datos.

Los últimos resultados de CDF – anunciados en una reunión en La Thuile, Italia – reducen drásticamente las posibilidades de un error estadístico. Apuntan a una violación CP del nivel del 0,6%, con una significación estadística de 2,7 sigma. Combinados con los anteriores resultados del LHCb, los resultados de CDF elevan la significación a 3,8 sigma – o aproximadamente una posibilidad entre 10 000 de que la violación CP sea un error aleatorio.

Estos resultados no pueden establecerse como un descubrimiento genuino, lo que requeriría una significación estadística de 5 sigma – o la posibilidad de que sea aleatorio esté en menos de uno entre un millón. Aun así, los físicos de partículas están emocionados. “No podemos asegurar que sea una violación CP”, dice Angelo Carbone, miembro de la colaboración LHCb. “Pero está cerca”.

Paul Harrison, físico de partículas experimental en la Universidad de Warwick en el Reino Unido, dice que el estándar de 5 sigma es importante debido a que ayuda a evitar sesgos que aparecen en distribuciones estadísticas desiguales. Pero cree que refuerza mucho los resultados el hecho de que procedan de dos experimentos independientes. “No esperaría un error en los experimentos en este punto”, dice. “Estos chicos son gente seria. … Llevan aquí mucho tiempo, y saben lo que hacen”.

Para ver si la significación estadística puede mejorarse hasta los 5 sigma, tendrán que esperar hasta finales de año, cuando el equipo LHCb examine el resto de sus datos. Pero incluso si la violación CP resulta ser real, hay una duda sobre si es “una nueva física” – en otras palabras, si el actual Modelo Estándar puede explicarla.

El teórico de partículas Sebastian Jaeger, de la Universidad de Sussex en el Reino Unido, cree que la respuesta es incierta debido a que nadie está seguro de lo lejos que puede llevarse el Modelo Estándar. “El problema principal es que la [violación] CP es difícil de cuantificar – es bastante complejo desde un punto de vista teórico hacer una predicción. … Por lo que incluso si la significación llega a 5 o 10 sigma, el Modelo Estándar puede que no sea descartado”.

Artículo traducido y posteado en Ciencia Kanija, el original se publicó en Science, su autor es Jon Cartwright.