El CERN continúa añadiendo nuevos hitos a su ya larga lista de logros. Esta semana un grupo de investigadores de la Universidad de Oxford ha dado a conocer el resultado del experimento que han llevado a cabo en el detector LHCb, y confirma las observaciones llevadas a cabo por otros equipos científicos hace más de una década.
En 2007 un grupo de investigadores de la Universidad de Stanford, en California (Estados Unidos), se percató por primera vez de que hay un tipo de mesones conocidos como ‘encanto’ (charm) que tiene la peculiar habilidad de cambiar de estado de forma espontánea, alterando su estructura entre materia y antimateria.
La clave reside en la oscilación de los mesones ‘charm’
Los mesones son partículas subatómicas pertenecientes a la familia de los hadrones que están compuestas por el mismo número de quarks y antiquarks, que se mantienen unidos gracias a la mediación de la fuerza nuclear fuerte.
Por otro lado, la antimateria no es más que una forma de materia constituida por antipartículas, que son partículas con la misma masa y espín que las partículas con las que estamos familiarizados, pero con carga eléctrica opuesta.
A la materia que está constituida por antipartículas la llamamos antimateria, y tiene una propiedad sorprendente: cuando entra en contacto directo con la materia ambas se aniquilan, liberando una gran cantidad de energía bajo la forma de fotones de alta energía, así como otros posibles pares partícula-antipartícula.
Una vez hecho este pequeño inciso, volvamos a los mesones. Los físicos saben desde hace cinco décadas que hay partículas subatómicas que pueden ‘saltar’ de materia a antimateria, o a la inversa. En realidad, este comportamiento está propiciado por el efecto de superposición cuántica, y, provoca que una partícula sea simultáneamente, valga la redundancia, una partícula y su propia antipartícula.
Lo que los investigadores de Oxford han observado por primera vez es que los mesones charm oscilan entre ambos estados. Esto significa, sencillamente, que pueden adoptar la forma de partícula, saltar al estado de antipartícula y recuperar nuevamente el estado de partícula. Todo ello de forma espontánea.
Este hallazgo ha sido posible gracias a un experimento realizado en el LHCb, el detector del LHC diseñado expresamente para indagar en la física del quark b.La estrategia que han utilizado para identificar este proceso durante su experimento en el LHCb es sorprendente debido a que, grosso modo, ha consistido en medir la masa de las partículas con una precisión asombrosa. Y es que el mesón no tiene la misma masa cuando adopta el estado de partícula y el de antipartícula. La diferencia es muy pequeña (1 x 10^-38 g), por lo que para conseguir medirla es necesario poner a punto una tecnología extraordinariamente precisa. Pero estos investigadores lo han logrado.
Un mecanismo desconocido que podría llevarnos más allá del modelo estándar
Las implicaciones que podría tener este descubrimiento son mucho más profundas de lo que puede parecer si lo contemplamos de forma superficial. El modelo estándar, que es nuestra teoría más robusta, no explica cómo funciona este mecanismo, por lo que cabe la posibilidad de que estén involucradas en él partículas desconocidas que no pueden ser predichas por este modelo.
Encontrar una posible fisura en nuestra teoría más avanzada no es una mala noticia. Todo lo contrario; es una noticia buenísima porque da a los científicos pistas acerca de qué camino pueden seguir para elaborar nueva física. Y este hallazgo nos invita a asomarnos al origen mismo del universo por una razón de peso: comprender cómo funciona la oscilación de los mesones charm puede ser la clave para entender el mecanismo que explica la asimetría materia-antimateria del universo.
De acuerdo con el modelo estándar, durante el Big Bang debió producirse la misma cantidad de materia y antimateria, pero de haber sido así ambas se habrían aniquilado mutuamente al entrar en contacto, y el universo se habría extinguido.
Obviamente no ha sido así, por lo que debió de darse algún mecanismo que provocó la producción de una mayor cantidad de materia que de antimateria. Esta es la asimetría de la que estamos hablando, y quizá este descubrimiento sea el primer paso hacia la solución de este gran enigma.
Imágenes | CERN
Más información | Universidad de Oxford
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