Conjugación de prueba y simetría de paridad con bariones entrelazados de doble extraño

Fig. 1. Vista lateral del detector BESIII. Crédito:IHEP

La Colaboración del Espectrómetro de Beijing (BESIII) ha informado sobre un nuevo método para probar las diferencias entre la materia y la antimateria con una sensibilidad extrema. Los resultados fueron publicados en Nature el 2 de junio.

En física de partículas, cada tipo de partícula tiene una antipartícula correspondiente. La teoría estándar del Big Bang nos dice que el Universo debería haber tenido la misma cantidad de materia y antimateria al principio. Sin embargo, todos los datos disponibles apuntan al hecho de que el Universo observable está compuesto predominantemente por bariones en lugar de antibariones, lo que ha desconcertado a la comunidad científica durante más de medio siglo. ¿La materia y la antimateria siguen diferentes leyes de la física?

Hoy en día, los físicos creen que para explicar el origen dinámico de la asimetría bariónica-antibariónica, las leyes de la física deben adaptarse a los procesos que violan la conjugación de carga y la simetría de paridad (CP). En resumen, la simetría CP significa que las partículas y las antipartículas siguen las mismas leyes. Por ejemplo, los patrones de descomposición de partículas y antipartículas deberían ser los mismos. Para explicar la asimetría bariónica-antibariónica, la simetría CP tiene que ser violada en una cantidad mayor que la predicha por el hasta ahora inmensamente exitoso Modelo Estándar de la física de partículas.

Los investigadores de la colaboración BESIII han explotado extraños bariones para arrojar luz sobre la violación de CP. Los bariones extraños constan de tres quarks, al igual que los protones, pero contienen uno o más quarks extraños más pesados e inestables. Al observar la descomposición del quark extraño, se puede determinar la orientación del espín del barión.

Fig. 2. Interpretación artística de la cascada de desintegración de un par barión-antibarión. Si la materia y la antimateria siguen las mismas leyes, el patrón de decaimiento de un barión debería ser el mismo que el de un antibarión, pero con coordenadas espaciales invertidas. Crédito:IHEP

En BESIII, se crean sistemas de pares barión-antibarión de doble extraño en aniquilaciones de electrones con positrones. Los nuevos resultados muestran que los pares barión-antibarión que se producen tienen una dirección preferida.

Además, la dirección de giro del barión y el antibarión están correlacionadas debido al entrelazamiento cuántico. El estudio de las distribuciones angulares de los productos de desintegración de tales sistemas permite separar la contribución de los procesos de violación de CP que se describen por el valor distinto de cero de la llamada fase débil. Esta fase nunca había sido medida directamente hasta este resultado por BESIII como se describe en Nature artículo.

Aunque no se observó ningún signo de violación de CP en la muestra de datos analizada, este método experimental se puede aplicar a conjuntos de datos más grandes recopilados en BESIII o en instalaciones futuras. Los investigadores esperaban observar una señal de violación de CP de un tamaño que confirmara o descartara las predicciones del modelo estándar.

El experimento BESIII está organizado por el Instituto de Física de Alta Energía de la Academia de Ciencias de China ubicado en Beijing, China, y se inició en 2009. BESIII es una colaboración internacional que consta de aproximadamente 500 físicos de 17 países diferentes en Asia, Europa y las Américas. . + Explora más