Los mesotrones B cambian las leyes de la física

Una asimetría en el comportamiento de algunos mesotrones B intrigan a los físicos. Según algunos, la violación de la simetría CP observada con éstos no es compatible con las ecuaciones de modelo normal. La nueva física debería producir, como la supersimetría o las dimensiones espaciales suplementarias, y se observaría por primera vez en un acelerador de partículas.

El amplio predominio de la materia sobre la antimateria en el Universo es uno de los grandes enigmas de la cosmología. Con todo, los físicos avanzaron varias respuestas posibles que tienen como mediadora a lo que han llamado la violación CP. Observada desde los años sesenta en la oscilación de mesotrones K, se sigue hoy en los productos de desintegración de los mesotrones B que implican al menos un quark.

Según la teoría de cromodinámica cuántica, los hadrones, como los protones y los mesotrones, están formados por seis tipos de quarks que pueden transformarse los unos en otros, debido a la interacción según probabilidades dadas. La información que cifra que quark puede transformarse en otro, y que frecuencia, se encuentra en un cuadro de números de tres líneas y tres columnas, la matriz de Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM).

Esta matriz posee varios parámetros libres que no son predichos por el modelo normal de las interacciones pero éste les impone a pesar de todo y sus valores no son completamente arbitrarios. En particular, la matriz CKM “permite” a algunos mesotrones a desintegrarse en otras partículas de una manera ligeramente diferente a la de su antimesotrón asociado.

El fenómeno está especialmente claro en el caso de algunos mesotrones que oscilan a una determinada frecuencia para transformarse en otro bien definido, que a su vez volverá a ser de nuevo el mesotrón de origen. El fenómeno se observó en la oscilación de los mesotrones K0-K0barre ya que uno es el antimesotrón del otro. Sobre todo, es mucho más importante en el caso de los mesotrones B.

Por esta razón se han construido verdaderas fábricas a mesotrones B ya que, al estudiar la violación CP, se esperaba aprender aún más sobre las nuevas físicas, más allá del modelo normal, que, fijaría los valores de los parámetros libres de la matriz CKM. Ahora bien, se sabía que si el modelo que explicaba la asimetría materia-anti-materia de nuestro Universo era el que hacía intervenir la violación CP, la obtenida en el marco del modelo normal con la matriz CKM era demasiado escasa para dar cuenta de las observaciones experimentales. Por esta razón los resultados que acaban de ser anunciados por un equipo francés, italiano y suiza son especialmente interesantes.

Una diferencia demasiado grande entre materia y antimateriaFigura 1. Oscilaciones entre quarks en un mesotrón Bs. Las antipartículas se distinguen con una barra. Por intercambio de bosones, los quarks (extraños) se convierten en t (señal) luego b. Imagen: Fermilab

Luca Silvestrini y sus colegas combinaron los resultados obtenidos durante estos últimos años por las experiencias CDF y DØ del Fermilab. Se concentraron en un par de mesotrones B neutros bastante particulares, los mesotrones Bs, compuestos de un antiquark y de un quark extraño, tenido en cuenta s (de strange en inglés).

Como puede verse en la imagen, uno de los quarks o antiquarks puede transformarse en un quark o un antiquark emitiendo un bosón W (vector de la interacción escasa).

Estas oscilaciones entre materia y antimateria son responsables de efectos que violan la simetría CP en los procesos de desintegración. Claramente, un poco más de materia que de antimateria (o viceversa) se produce con números iguales de mesotrón Bs y d ’ antimesotrones Bs iniciales. ¡Lo que los análisis del equipo muestran, es que la asimetría obtenida sobrepasa los terminales autorizados por la matriz CKM!

Los casos registrados son aún demasiado poco numerosos para concluir que el efecto observado no es una simple fluctuación estadística. Los físicos siguen siendo prudentes pero, a su modo de ver, el fenómeno observado tenían solamente un 0,3% de posibilidades de ser un resultado fruto del azar.

Estamos quizá en presencia de un efecto de violación CP que, esta vez, habría contribuido de forma importante a la victoria de la materia sobre la antimateria en los inicios del Universo. Por añadidura, se tendría allí la primera señal concreta de nuevos términos en las ecuaciones de la física de partículas que no se contienen naturalmente en el modelo normal. En particular, partículas supersimétricas podrían jugar el papel de los bosones W y de los quarks señal contribuyendo a modificar lo que pasa en las oscilaciones y las desintegraciones de los mesotrones B.

Todo esto es un gran resultado ya que estas observaciones significan que hay posibilidades de desarrollar una nueva teoría física gracias al LHC.