O achado é difícil de divulgar para quen non está familiarizado coa física de partículas, pero o que acaba de describir unha gran colaboración de científicos do CERN, no que toma parte un amplo grupo de científicos do Instituto Galego de Física de Altas Enerxías (IGFAE), “vai formar parte dos libros de texto” sobre esta materia a partir de agora. Porque a colaboración LHCb detectou, por primeira vez, un novo tipo de asimetría entre materia e antimateria, coñecida como violación CP, nas desintegracións dunha partícula chamada mesón D0.
O termo CP
Para explicar o avance que se acaba de presentar, hai que partir do concepto de CP, que fai referencia á transformación que cambia unha partícula coa imaxe especular da súa antipartícula. A interacción débil, unha das catro forzas fundamentais da natureza descritas no modelo estándar de física de partículas, produce unha diferenza no comportamento dalgunhas partículas e dos seus equivalentes de antimateria, diferenza que se coñece como violación CP.
A violación CP é unha característica esencial no noso universo, necesaria para provocar o proceso que, tras o Big Bang, estableceu a abundancia de materia sobre antimateria que observamos hoxe día. O tipo de violación CP observada ata agora nas interaccións do modelo estándar, con todo, é demasiado pequena para dar conta do desequilibrio actual entre materia e antimateria, o que suxire a existencia de fontes de violación CP aínda por descubrir.
O efecto foi observado por primeira vez nos anos 60 no laboratorio de Brookhaven (Estados Unidos) en partículas coñecidas como mesóns K, que conteñen un quark strange (estraño). En 2001, os laboratorios SLAC (EUA) e KEK (Xapón) observaron tamén o fenómeno en mesóns B neutros, que conteñen un quark bottom (fondo). Estes achados valeron dous premios Nobel en Física en 1980 e 2008, respectivamente.
“Desde o descubrimento deste mesón, hai máis de 40 anos, sospeitábase que a violación CP tamén ocorría neste sistema, pero só agora, usando o conxunto de datos recompilados polo experimento, a colaboración LHCb foi capaz de observar este efecto”, destacou este xoves o director de Investigación e Computación do CERN, Eckhard Elsen.
O mesón D e a violación CP na física de partículas
O mesón D está feito dun quark charm (encanto) e un antiquark up. Ata o momento, a violación CP fora observada só en partículas que conteñen quarks strange ou bottom. Os achados do experimento LHCb confirmaron o patrón descrito no modelo estándar pola chamada ‘matriz de mestura de Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM)’, que describe como os diferentes tipos de quarks, os “ladrillos” que compoñen a materia visible, transfórmanse uns noutros mediante a interacción débil.
A orixe profunda da matriz CKM, e a procura de fontes adicionais e novas manifestacións da violación CP, están entre as grandes cuestións da física de partículas. Agora, descubrimento da violación CP en mesóns D é a primeira evidencia desta asimetría no quark charm, engadindo novos elementos á exploración destas cuestións.
Para observar esta asimetría CP, os investigadores do experimento LHCb usaron o conxunto completo de datos proporcionado polo gran colisionador de hadróns (LHC) entregados ao experimento LHCb entre 2011 e 2018 para analizar as desintegracións do mesón D e a súa antipartícula en caóns ou pións.
“Buscar estes dous produtos das desintegracións na nosa mostra sen precedentes de partículas D permitiunos obter a sensibilidade requirida para medir a minúscula cantidade de violación CP esperada para este tipo de fenómenos. A magnitude do efecto obtense pola diferenza entre as desintegracións de partículas D e anti-D”, explica o portavoz da colaboración LHCb, Giovanni Passaleva.
O resultado ten unha significancia estatística de 5,3 desviacións estándar, o que supera o limiar de 5 desviacións estándar que se usa en física de partículas para proclamar un descubrimento. Esta medida estimulará novos traballos teóricos para avaliar o seu impacto na descrición da matriz CKM da violación CP no modelo estándar, e abrirá novas vías para buscar posibles novas fontes de violación CP usando partículas ‘encantadas’ (con quarks charm).
Científicos do IGFAE que participaron no achado:
Bernardo Adeva, Antonio Augusto Alves Jr, Óscar Boente García, Veronika Chobanova, Xabier Cid Vidal, Jeremy Peter Dalseno, Álvaro Dosil Suárez, Antonio Fernández Prieto, Abraham Gallas Torreira, Beatriz García Plana, Miriam Lucio Martínez, Diego Martínez Santos, Máximo Pló Casasús, Claire Prouve, Miguel Ramos Pernas, Antonio Romero Vidal, Juan Saborido Silva, Brais Sanmartín Sedes, Cibrán Santamarina Ríos, Pablo Vázquez Regueiro e María Vieites Díaz.
Referencias: Observation of CP violation in charm decays.
Imensa satisfaçom saber de físicos galegos explorando na fronteira da física de partículas!!
“A interacción débil, unha das catro forzas fundamentais da natureza descritas no modelo estándar de física de partículas[…]”
En realidade o modelo estándar é capaz de explicar únicamente tres das catro forzas fundamentais que coñecemos hoxe en día: a feble, a forte e a electromagnética. A gravidade está excluída deste modelo.
” O mesón D está feito dun quark charm(encanto) e un antiquark up”
Sempre pesando no mesmo