Un equipo internacional de físicos ha realizado la primera estimación teórica del tamaño de la violación CP, un parámetro que describe la diferencia entre materia y antimateria. Sus cálculos encajan con los datos experimentales, lo cual sugiere que tales datos son típicos de un marco de trabajo fundamental y no exponen ningún problema subyacente en el Modelo Estándar de la física de partículas.
Junto a la energía, los físicos creen que la “materia” aparece de dos formas: materia y antimateria. Aunque la mayor parte de los físicos cree que el Big Bang creó iguales cantidades de ambas, el universo actual está casi completamente compuesto de materia y esta discrepancia implica que debería haber una diferencia en el comportamiento de la materia y la antimateria. En el Modelo Estándar de la física de partículas esto se incorpora como un fenómeno conocido como violación de carga-paridad o “CP”.
La violación CP se descubrió de forma experimental en 1964 cuando Jim Cronin y Val Fitch de la Universidad de Princeton encontraron que el número cuántico CP cambiaba de signo durante el decaimiento de los kaones. Una década más tarde Makoto Kobayashi y Toshihide Maskawa de la Universidad de Nagoya explicaron el resultado en una matriz “CKM” de 3 x 3, la cual describe cómo el quark strange y el down dentro de un kaón pueden cambiar hacia sus antipartículas y viceversa, y haciendo esto ocasionalmente rompen la simetría CP. Ambos grupos recibieron Premios Nobel por sus esfuerzos.
La extensión de la violación CP en la matriz CKM viene dada por el conocido como parámetro Jarlskog, J, el cual tiene un valor máximo de aproximadamente 0,1. Ingenuamente se podría pensar que J tomase valores entre 0 y 0,1, pero en los experimentos resulta ser muy pequeño — aproximadamente 3 x 10-5 — y esto genera la cuestión de si existe algún factor desconocido para que sea así.
Los cosmólogos al rescate
Ahora, los cosmólogos Gary Gibbons y Steffen Gielen de la Universidad de Cambridge, Chris Pope de la Universidad de Texas A&M y Neil Turok del Instituto Perimeter han calculado que ese valor tan bajo de J era el esperado después de todo.
El grupo de Turok ha usado argumentos estadísticos basados en la “aleatoriedad” para investigar la forma de la geometría de la matriz CKM. Encontraron que cuando la masa de los quarks de la matriz se dejaba sin restringir, J resultaba ser mucho más grande de lo que indicaban los experimentos, pero cuando se introducían los valores conocidos de los quarks, J se acercaba a su valor observado. Han publicado sus resultados en la revista Physical Review Letters y Physical Review D.
“Lo que este trabajo explica es que el valor real de la violación CP que se mide es un valor típico”, dice Turok.
Mayor potencial
Distintas variaciones en el estudio de los investigadores podrían tener importantes consecuencias. Un análisis similar de una matriz 4×4, por ejemplo, revelaría la probabilidad de tener una cuarta generación de quarks más pesados sumada a las tres actualmente conocidas. Además, un análisis sobre neutrinos podría sugerir si estas partículas ligeras deberían exhibir procesos de violación CP.
Frank Wilczek, físico de partículas del Instituto Tecnológico de Massachusetts, quien compartió el Premio Nobel de Física en 2004 por su trabajo sobre las interacciones fuertes, sospecha que, no obstante, podría no haber más violaciones CP. Apunta que se sabe que la fase global de la matriz es mucho más pequeña de lo que podría explicarse mediante “chiripa estadística”, y cree que parece haber patrones en las matrices para los quarks y leptones que apuntan a unas teorías subyacentes más expansivas. Además, semana que existe cierto razonamiento circular en la lógica de los investigadores en la que tuvieron que suponer la masa de los quarks y su jerarquía asociada.
“Creo que la ‘aleatoriedad’ de la matriz [CKM] es algo que merece la pena explorar, y podría formar una línea base contra la que probar ideas alternativas basadas en la simetría o la dinámica”, añade. “Por otra parte me sorprendería y disgustaría si esta aleatoriedad fuese toda la historia”.
Información Adicional
Autor: Jon Cartwright
Fecha Original: 6 de abril de 2009
Enlace Original
Imagen actualizada por la USNO
1 comentarios:
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