Los físicos han demostrado que una partícula subatómica puede cambiar a su alter ego antipartícula y viceversa, en un nuevo descubrimiento revelado hoy.

La medición extraordinariamente precisa fue realizada por investigadores del Reino Unido utilizando el experimento de belleza del Gran Colisionador de Hadrones (LHCb) en el CERN.

Ha proporcionado la primera evidencia de que los mesones encantadores pueden transformarse en su antipartícula y viceversa.

Fenómeno de mezcla

Durante más de 10 años, Los científicos han sabido que encantan los mesones, partículas subatómicas que contienen un quark y un antiquark, pueden viajar como una mezcla de sus estados de partículas y antipartículas.

Es un fenómeno llamado mezcla.

Sin embargo, este nuevo resultado muestra por primera vez que pueden oscilar entre los dos estados.

Abordar las grandes cuestiones de la física

Armado con esta nueva evidencia, los científicos pueden intentar abordar algunas de las preguntas más importantes de la física sobre cómo se comportan las partículas fuera del Modelo Estándar.

Uno de ellos, si estas transiciones son causadas por partículas desconocidas no predichas por la teoría guía.

La investigación, Presentado a Cartas de revisión física y disponible en arXiv, recibió fondos del Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología (STFC).

Siendo uno y el otro

En el extraño mundo de la física cuántica, el mesón encanto puede ser él mismo y su antipartícula a la vez.

Este estado, conocida como superposición cuántica, da como resultado dos partículas, cada una con su propia masa:una versión más pesada y más ligera de la partícula.

Esta superposición permite que el mesón encanto oscile hacia su antipartícula y viceversa.

Diferencias de masa

Utilizando los datos recopilados durante la segunda ejecución del Gran Colisionador de Hadrones (LHC), Investigadores de la Universidad de Oxford midieron una diferencia de masa entre las dos partículas.

Hubo una diferencia de 0.00000000000000000000000000000000000001 gramos, o en notación científica 1 × 10 ^-38 gramo.

Una medición de esta precisión y certeza solo es posible cuando el fenómeno se observa muchas veces.

Esto solo es posible debido a que se producen muchos mesones encantadores en las colisiones del LHC.

Como la medición es extremadamente precisa, el equipo de investigación se aseguró de que el método de análisis lo fuera aún más.

Una técnica novedosa

Para hacer esto, el equipo utilizó una técnica novedosa desarrollada originalmente por colegas de la Universidad de Warwick.

Solo hay cuatro tipos de partículas en el modelo estándar, la teoría que explica la física de partículas, que puede convertirse en su antipartícula.

El fenómeno de mezcla se observó por primera vez en los mesones extraños en la década de 1960 y en los mesones de belleza en la década de 1980.

Hasta ahora, la única otra de las cuatro partículas que se ha visto oscilar de esta manera es el mesón de extraña belleza, una medición realizada en 2006.

Un fenomeno raro

Profesor Guy Wilkinson de la Universidad de Oxford, cuyo grupo contribuyó al análisis, dijo:

"Lo que hace que este descubrimiento de la oscilación en la partícula del mesón encanto sea tan impresionante es que, a diferencia de los mesones de belleza, la oscilación es muy lenta y, por lo tanto, extremadamente difícil de medir dentro del tiempo que tarda el mesón en descomponerse. Este resultado muestra que las oscilaciones son tan lentas que la gran mayoría de las partículas se desintegrarán antes de que tengan la oportunidad de oscilar. Sin embargo, podemos confirmar esto como un descubrimiento porque LHCb ha recopilado muchos datos ".

Profesor Tim Gershon de la Universidad de Warwick, desarrollador de la técnica analítica utilizada para realizar la medición, dijo:"Las partículas de mesón de encanto se producen en colisiones protón-protón y viajan en promedio solo unos pocos milímetros antes de transformarse, o en descomposición, en otras partículas. Al comparar las partículas del mesón encanto que se descomponen después de viajar una distancia corta con las que viajan un poco más lejos, hemos podido medir la cantidad clave que controla la velocidad de la oscilación del mesón encanto en el mesón anti-encanto:la diferencia de masa entre las versiones más pesadas y ligeras del mesón encanto ".

Se abre una nueva puerta para la exploración física

Este descubrimiento de la oscilación del mesón del encanto abre una nueva y emocionante fase de exploración física.

Los investigadores ahora quieren comprender el proceso de oscilación en sí, potencialmente un gran paso adelante en la resolución del misterio de la asimetría materia-antimateria.

Un área clave para explorar es si la tasa de transiciones partícula-antipartícula es la misma que la de las transiciones antipartícula-partícula.

Y específicamente si las transiciones están influenciadas o causadas por partículas desconocidas no predichas por el Modelo Estándar.

Pequeñas medidas dicen grandes cosas

Dr. Mark Williams de la Universidad de Edimburgo, quien convocó al LHCb Charm Physics Group dentro del cual se realizó la investigación, dijo:"Pequeñas medidas como esta pueden decirle grandes cosas sobre el Universo que no esperaba".

El resultado, 1 × 10-38g, cruza el nivel de significación estadística de 'cinco sigma' que se requiere para reclamar un descubrimiento en la física de partículas.

Más información

LHCb es uno de los cuatro grandes experimentos en el LHC del CERN en Ginebra, y está diseñado para estudiar la desintegración de partículas que contienen un quark de belleza.

El objetivo principal de LHCb es investigar la asimetría materia-antimateria o "violación de CP".

Después del Big Bang, La materia y la antimateria se crearon en cantidades iguales, pero cuando se encuentran, se aniquilan entre sí.

Como vivimos en un universo dominado por la materia, debe haber una sutil diferencia entre la materia y la antimateria que ha permitido que la materia sobreviva.

Los mesones son parte de la gran clase de partículas formadas por partículas fundamentales llamadas quarks, y contienen un quark y un quark de antimateria.

El mesón D0 consta de un quark charm y un antiquark up, y su antipartícula, el anti-D0, consta de un antiquark charm y un quark up.

Esta medición se realizó utilizando el subdetector Vertex Locator (VELO) del LHCb.