Descubren extraña partícula que se transforma en materia y antimateria

El mesón encantado tiene una versión ligera y otra pesada que ayuda a distinguir entre sus estados de materia y antimateria

Adam Smith
martes 15 junio 2021 19:17
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Los científicos han descubierto que las partículas subatómicas pueden cambiar rápidamente entre materia y antimateria.

Este revolucionario descubrimiento se ha realizado mediante el seguimiento de los mesones encantados, que son partículas subatómicas que contienen un quark (partículas elementales, y bloque fundamental de la materia) y un antiquark.

Cada partícula tiene una antipartícula, que tiene la misma masa, vida y espín, pero la carga física opuesta, incluida la eléctrica. Una masa de quarks forma partículas compuestas conocidas como hadrones, los más estables de los cuales son los protones y neutrones que se encuentran en los átomos.

En física cuántica, un mesón encantado puede ser a la vez una partícula y una antipartícula, del mismo modo que la luz puede comportarse como una onda y una partícula. Este estado se conoce como superposición cuántica, y da lugar a una partícula más ligera y otra más pesada. Aunque los científicos sabían que estas partículas subatómicas podían viajar como una mezcla de sus estados, ahora se ha descubierto que el mesón encantado puede oscilar entre estas versiones ligeras y pesadas.

Esta diferencia de masa es increíblemente pequeña: sólo 0,000000000000000000000000000001 gramos (o 1x10-38g). Una medición de esta precisión sólo es posible cuando se observa muchas veces, como en los experimentos con el Gran Colisionador de Hadrones.

Hasta ahora, la única partícula observada que se comporta como el mesón encanto es el mesón belleza extraña, encontrado en 2006. “Lo que hace que este descubrimiento de la oscilación en la partícula del mesón encantado sea tan impresionante es que, a diferencia de los mesones belleza, la oscilación es muy lenta y, por lo tanto, extremadamente difícil de medir dentro del tiempo que tarda el mesón en decaer”, dijo el profesor Guy Wilkinson, de la Universidad de Oxford.

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Este resultado muestra que las oscilaciones son tan lentas que la gran mayoría de las partículas decaerán antes de tener la oportunidad de oscilar. Sin embargo, podemos confirmarlo como un descubrimiento porque [el experimento del Gran Colisionador de Hadrones] ha recogido muchos datos”.

La colisión de dos protones, al viajar sólo unos milímetros, da a los científicos la oportunidad de medir la cantidad clave que controla la velocidad del cambio de partícula a antipartícula: la diferencia de masa.

Los científicos están ahora deseosos de comprender el proceso de oscilación en sí mismo y resolver el misterio de por qué la materia y la antimateria son asimétricas. El Big Bang debería haber producido materia y antimateria en cantidades iguales, pero está claro que eso no ha ocurrido, por razones que aún no se entienden.

Podría ser que esas transiciones estén causadas por partículas desconocidas que no se incluyen actualmente en el Modelo Estándar, la teoría que describe las fuerzas débiles, fuertes y electromagnéticas.

Salvo la gravedad, abarca tres de las cuatro fuerzas fundamentales del universo y debería clasificar todas las partículas elementales conocidas.

El estudio, titulado “Observación de la diferencia de masa entre los estados propios neutros de los mesones encantados”, está disponible en preimpresión y se ha enviado a la revista Physical Review Letters.

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