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Los científicos ponen en duda la física moderna.
A finales de 2008, algunos creían que el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) podría traer el fin del mundo. Tres años más tarde, nuestro planeta se mantiene intacto, pero el acelerador de partículas europeo puede haber hecho su primera grieta en la física moderna, según escribe Jon Cartwright en la revista ScienceNOW.
Si este agujero resulta ser real, podría ayudar a explicar un misterio sin resolver del Universo: ¿por qué hay materia normal, pero casi nada de la antimateria opuesta? "Si se confirma, será emocionante", añade el físico de partículas Robert Roser del National Accelerator Laboratory Fermi en Illinois (EEUU).
Para entender por qué los físicos están entusiasmados, mire a su alrededor: estamos rodeados de materia. Eso puede parecer obvio, pero los científicos se han preguntado por qué en su lugar no hay nada en absoluto. Las teorías aceptadas indican que el Big Bang debería haber producido cantidades iguales de materia y antimateria, que pronto se habrían aniquilado mutuamente. Es evidente que la balanza se inclinó a favor de la materia normal, lo que permite la creación de todo lo que vemos hoy en día, pero, ¿cómo? Nadie está seguro.
Lo más probable, dicen los teóricos, es que las propiedades de la materia y la antimateria no sean tan simétricas. Técnicamente, esta disparidad se conoce como violación carga-paridad (CP) y debe surgir cuando las partículas están en decaimiento. O las partículas normales decaerían con más frecuencia que sus antipartículas, o viceversa. De acuerdo con la teoría aceptada de las partículas elementales, el modelo estándar indica que debe haber un bajo nivel de violación de CP, pero no el suficiente para explicar la prevalencia de la materia normal. Así que los experimentos están tratando de encontrar casos en los que la violación CP es mayor.
Ahí es donde el descubrimiento del LHCb, uno de los seis detectores del LHC, puede haber sido un éxito. Se ha trazado el camino de las partículas conocidas como mesones D0 que, junto con sus antipartículas, pueden decaer en los pares de cualquiera de los piones o kaones. Al contabilizar estos piones y kaones, los físicos han calculado empleando el LHCb las tasas de decaimiento relativo entre las partículas y las antipartículas D0. El resultado que se reveló es sorprendente: las tasas difieren en un 0,8 por ciento.
En vista de ello, este nivel de violación de CP es por lo menos ocho veces más alto de lo que el modelo estándar permite, por lo que podría ayudar a explicar por qué todavía hay materia en el Universo. Pero el inconveniente es que todavía no es lo suficientemente preciso. Para los verdaderos descubrimientos, los físicos demandan una certeza estadística de al menos cinco sigmas, lo que significa que debe haber menos de una posibilidad de 3 millones en el resultado porque si no podría ser un error aleatorio de los datos. Actualmente, el equipo del LHCb tiene una certeza de tres sigmas.
Matthew Charles, físico de la Universidad de Oxford en el Reino Unido y miembro del LHCb, es cauteloso. "El próximo paso será analizar los datos restantes aportados en 2011", dice. "La muestra que hemos utilizado hasta ahora es sólo un 60 por ciento de lo que hemos grabado, por lo que hace falta mejorar nuestra precisión un poco y obtener una pista sólida para saber si el resultado va a sostenerse." Para el análisis, habrá que esperar hasta el próximo año.
El físico de partículas Paul Harrison de la Universidad de Warwick en el Reino Unido, que trabaja en otros estudios del LHCb, no se muestra tan esperanzado. "No apuesto mi pensión a este resultado por la posición de la prueba de los datos", dice. Él piensa que la incertidumbre es demasiado grande. "Desde que estamos midiendo cientos de cosas diferentes en el LHC, de vez en cuando algún dato da una certeza de tres sigmas al azar".
Hay razones para ser positivos, sin embargo. El año pasado, el CDF del Fermilab informó de una diferencia similar entre las tasas de decaimiento de los mesones D0 de 0,46 por ciento. En ese momento, en el resultado se consideró que era probable que se hubiese producido un error debido a que la incertidumbre estadística de la FCD era bastante grande, pero con el nuevo resultado del LHCb, podría ser tenido en cuenta con más peso. Y el MID, como el LHCb, todavía tiene más datos a través de distintas redes.
"Estamos, obviamente, muy motivados para extender el análisis a la muestra completa de datos y ver si podemos conseguir una confirmación independiente del resultado del LHCb", dice Giovanni Punzi, de la Universidad de Pisa en Italia.
Si este agujero resulta ser real, podría ayudar a explicar un misterio sin resolver del Universo: ¿por qué hay materia normal, pero casi nada de la antimateria opuesta? "Si se confirma, será emocionante", añade el físico de partículas Robert Roser del National Accelerator Laboratory Fermi en Illinois (EEUU).
Para entender por qué los físicos están entusiasmados, mire a su alrededor: estamos rodeados de materia. Eso puede parecer obvio, pero los científicos se han preguntado por qué en su lugar no hay nada en absoluto. Las teorías aceptadas indican que el Big Bang debería haber producido cantidades iguales de materia y antimateria, que pronto se habrían aniquilado mutuamente. Es evidente que la balanza se inclinó a favor de la materia normal, lo que permite la creación de todo lo que vemos hoy en día, pero, ¿cómo? Nadie está seguro.
Lo más probable, dicen los teóricos, es que las propiedades de la materia y la antimateria no sean tan simétricas. Técnicamente, esta disparidad se conoce como violación carga-paridad (CP) y debe surgir cuando las partículas están en decaimiento. O las partículas normales decaerían con más frecuencia que sus antipartículas, o viceversa. De acuerdo con la teoría aceptada de las partículas elementales, el modelo estándar indica que debe haber un bajo nivel de violación de CP, pero no el suficiente para explicar la prevalencia de la materia normal. Así que los experimentos están tratando de encontrar casos en los que la violación CP es mayor.
Ahí es donde el descubrimiento del LHCb, uno de los seis detectores del LHC, puede haber sido un éxito. Se ha trazado el camino de las partículas conocidas como mesones D0 que, junto con sus antipartículas, pueden decaer en los pares de cualquiera de los piones o kaones. Al contabilizar estos piones y kaones, los físicos han calculado empleando el LHCb las tasas de decaimiento relativo entre las partículas y las antipartículas D0. El resultado que se reveló es sorprendente: las tasas difieren en un 0,8 por ciento.
En vista de ello, este nivel de violación de CP es por lo menos ocho veces más alto de lo que el modelo estándar permite, por lo que podría ayudar a explicar por qué todavía hay materia en el Universo. Pero el inconveniente es que todavía no es lo suficientemente preciso. Para los verdaderos descubrimientos, los físicos demandan una certeza estadística de al menos cinco sigmas, lo que significa que debe haber menos de una posibilidad de 3 millones en el resultado porque si no podría ser un error aleatorio de los datos. Actualmente, el equipo del LHCb tiene una certeza de tres sigmas.
Matthew Charles, físico de la Universidad de Oxford en el Reino Unido y miembro del LHCb, es cauteloso. "El próximo paso será analizar los datos restantes aportados en 2011", dice. "La muestra que hemos utilizado hasta ahora es sólo un 60 por ciento de lo que hemos grabado, por lo que hace falta mejorar nuestra precisión un poco y obtener una pista sólida para saber si el resultado va a sostenerse." Para el análisis, habrá que esperar hasta el próximo año.
El físico de partículas Paul Harrison de la Universidad de Warwick en el Reino Unido, que trabaja en otros estudios del LHCb, no se muestra tan esperanzado. "No apuesto mi pensión a este resultado por la posición de la prueba de los datos", dice. Él piensa que la incertidumbre es demasiado grande. "Desde que estamos midiendo cientos de cosas diferentes en el LHC, de vez en cuando algún dato da una certeza de tres sigmas al azar".
Hay razones para ser positivos, sin embargo. El año pasado, el CDF del Fermilab informó de una diferencia similar entre las tasas de decaimiento de los mesones D0 de 0,46 por ciento. En ese momento, en el resultado se consideró que era probable que se hubiese producido un error debido a que la incertidumbre estadística de la FCD era bastante grande, pero con el nuevo resultado del LHCb, podría ser tenido en cuenta con más peso. Y el MID, como el LHCb, todavía tiene más datos a través de distintas redes.
"Estamos, obviamente, muy motivados para extender el análisis a la muestra completa de datos y ver si podemos conseguir una confirmación independiente del resultado del LHCb", dice Giovanni Punzi, de la Universidad de Pisa en Italia.
From El Confidencial 12/12/2011
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