Materia y Antimateria

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Experimentos del LHC revelan diferencias sutiles entre la desintegración de la materia y la antimateria

por Amelia Ortiz · 2 Marzo, 2017
2/3/2017 de Scientific American / Nature Physics

La Nebulosa del Cangrejo, una nube de gas y polvo creada por la explosión de una supernova. Crédito: NASA, ESA, J. Hester, A. Loll (ASU).

Uno de los mayores misterios de la física es por qué hay materia en el Universo. Esta semana un grupo de físicos del mayor destructor de átomos, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), podría esta más cerca de una respuesta. Han encontrado que partículas de la misma familia que los protones y los neutrones, que constituyen los objetos de la vida común, se comportan de manera ligeramente diferente a como lo hacen sus contrapartidas de antimateria.

La materia y la antimateria tienen todas ellas las mismas propiedades, pero las partículas de antimateria tienen cargas eléctricas opuestas a las de la materia. En un bloque de hierro, por ejemplo, los protones tienen carga positiva y los electrones, carga negativa. Un bloque de antimateria de hierro tendría antiprotones con carga negativa y antielectrones (conocidos como positrones) con carga positiva. Si la materia y la antimateria entran en contacto, se aniquilan entre sí, convirtiéndose en fotones (o a veces en partículas ligeras como los neutrinos). A parte de eso, un objeto de materia y de antimateria debería de comportarse del mismo modo, incluso tener el mismo aspecto. Este fenómeno se llama la simetría de carga-paridad.

Además de un comportamiento idéntico, la simetría de carga-paridad también implica que la cantidad de materia y de antimateria que se formó en el Big Bang, hace unos 13800 millones de años, debería de haber sido la misma. Claramente no lo fue, porque en ese caso toda la materia y la antimateria del Universo habrían sido destruidas desde el principio y ni siquiera existiríamos los humanos. Pero si existe una violación de esta simetría, es decir, que una parte de la antimateria se comporta de un modo diferente a como lo hace su contrapartida de materia, quizás esa diferencia podría explicar por qué existe materia hoy en día.

Para buscar esta violación, los físicos del Gran Colisionador de Hadrones observaron una partícula llamada barión lambda-b. Los bariones incluyen la clase de partículas que constituyen a materia ordinaria; los protones y los neutrones son bariones. Si el lambda y su hermano de antimateria cumplen la simetría de carga-paridad, entonces se esperaría que se desintegraran del mismo modo. En cambio, los investigadores han descubierto que las partículas lambda-b y antilambda-b se desintegraron de manera distinta. Las lambda se desintegran de dos formas: en un protón y dos partículas cargadas llamadas mesones pi (o piones), o en un protón y dos mesones K (o kaones). Cuando las partículas se desintegran, emiten las partículas hijas según un cierto conjunto de ángulos. Las lambdas de materia y de antimateria lo hicieron, pero los ángulos fueron diferentes.

Pero estos resultados no son todavía suficientemente sólidos y no responden completamente al misterio de por qué la materia domina el Universo.

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