Los físicos de la Facultad de Artes y Ciencias de la Universidad de Syracuse han confirmado que la materia y la antimateria se descomponen de manera diferente para las partículas elementales que contienen quarks encantados.
El distinguido profesor Sheldon Stone dice que los hallazgos son los primeros, aunque antes se ha observado asimetría de materia y antimateria en partículas con quarks extraños o quarks de belleza.
Él y los miembros del grupo de investigación de Física de Alta Energía HEP del Colegio han medido, por primera vez y con un 99,999 por ciento de certeza, una diferencia en la forma en que los mesones D0 y los mesones anti-D0 se transforman en subproductos más estables.
Los mesones son partículas subatómicas compuestas de un quark y un antiquark, unidos entre sí por interacciones fuertes.
"Ha habido muchos intentos de medir la asimetría de la materia y la antimateria, pero, hasta ahora, nadie ha tenido éxito", dice Stone, que colabora en el experimento de belleza del Gran Colisionador de Hadrones LHCb en el laboratorio del CERN en Ginebra, Suiza."Es un hito en la investigación de antimateria".
Los hallazgos también pueden indicar una nueva física más allá del Modelo Estándar, que describe cómo las partículas fundamentales interactúan entre sí. "Hasta entonces, debemos esperar los intentos teóricos para explicar la observación en medios menos esotéricos", agrega.
Cada partícula de materia tiene una antipartícula correspondiente, idéntica en todos los sentidos, pero con una carga opuesta. Los estudios de precisión de átomos de hidrógeno y antihidrógeno, por ejemplo, revelan similitudes más allá del milmillonésimo decimal.
Cuando la materia y las partículas de antimateria entran en contacto, se aniquilan entre sí en una explosión de energía, similar a lo que sucedió en el Big Bang, hace unos 14 mil millones de años.
"Es por eso que hay tan poca antimateria natural en el Universo que nos rodea", dice Stone, miembro de la American Physical Society, que le otorgó el Premio WKH Panofsky de este año en Física Experimental de Partículas.
La pregunta en la mente de Stone involucra la naturaleza igual pero opuesta de la materia y la antimateria. "Si la misma cantidad de materia y antimateria explotó en el nacimiento del Universo, no debería haber quedado nada más que energía pura.Obviamente, eso no sucedió ", dice en un soplo de eufemismo.
Por lo tanto, Stone y sus colegas de LHCb han estado buscando diferencias sutiles en la materia y la antimateria para comprender por qué la materia es tan frecuente.
La respuesta puede estar en el CERN, donde los científicos crean antimateria al romper protones juntos en el Gran Colisionador de Hadrones LHC, el acelerador particular más grande y poderoso del mundo. Cuanta más energía produce el LHC, más masivas son las partículas.y antipartículas: formadas durante la colisión.
Es en los escombros de estas colisiones que científicos como Ivan Polyakov, un postdoc en el grupo HEP de Syracuse, buscan ingredientes de partículas.
"No vemos la antimateria en nuestro mundo, por lo que tenemos que producirla artificialmente", dice. "Los datos de estas colisiones nos permiten mapear la descomposición y la transformación de partículas inestables en subproductos más estables".
HEP es conocido por su investigación pionera en los quarks: partículas elementales que son los componentes básicos de la materia. Hay seis tipos o sabores de quarks, pero los científicos generalmente hablan de ellos en pares: arriba / abajo, encanto / extrañoy arriba / abajo. Cada par tiene su correspondiente masa y carga electrónica fraccional.
Además del quark de belleza la "b" en "LHCb", HEP está interesado en el quark encantado. A pesar de su masa relativamente alta, un quark encantado vive una existencia fugaz antes de descomponerse en algo más estable.
Recientemente, HEP estudió dos versiones de la misma partícula. Una versión contenía un quark encantado y una versión antimateria de un quark up, llamado quark anti-up. La otra versión tenía un quark anti-encanto y un quark up.
Utilizando datos del LHC, identificaron ambas versiones de la partícula, bien en decenas de millones, y contaron el número de veces que cada partícula se descompuso en nuevos subproductos.
"La proporción de los dos resultados posibles debería haber sido idéntica para ambos conjuntos de partículas, pero descubrimos que las proporciones diferían en aproximadamente una décima parte de un porcentaje", dice Stone. "Esto demuestra que la materia encantada y las partículas de antimateria no sontotalmente intercambiable "
Agrega Polyakov, "Las partículas pueden verse iguales en el exterior, pero se comportan de manera diferente en el interior. Ese es el rompecabezas de la antimateria".
La idea de que la materia y la antimateria se comportan de manera diferente no es nueva. Estudios previos de partículas con quarks extraños y quarks inferiores han confirmado como tal.
Lo que hace que este estudio sea único, concluye Stone, es que es la primera vez que alguien ha sido testigo de que las partículas con quarks encantados son asimétricas: "Es uno para los libros de historia".
El trabajo de HEP es apoyado por la National Science Foundation.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Syracuse . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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