Experimento confirma simetría fundamental en la naturaleza

Los científicos que trabajan con ALICE, un detector de iones pesados del Gran Colisionador de Hadrones, han hecho mediciones precisas de la masa de las partículas y la carga eléctrica. Estas confirman la existencia de una simetría fundamental en la naturaleza. Los investigadores confirmaron así una simetría fundamental entre los núcleos de las partículas y sus antipartículas en términos de carga, paridad y tiempo

Los resultados, publicados en un artículo publicado en línea en la revista Nature Physics, llevaron a los investigadores a confirmar una simetría fundamental entre los núcleos de las partículas y sus antipartículas en términos de carga, paridad y tiempo (CPT).

Estas mediciones de partículas producidas en las colisiones de alta energía de iones pesados en el LHC fueron posibles por las capacidades de seguimiento e identificación de alta precisión del experimento ALICE, como parte de una investigación diseñada para detectar diferencias sutiles entre las maneras en que los protones y los neutrones se unen en el núcleo, mientras que sus antipartículas forman antinucleos.

«Después del Big Bang, para cada partícula de materia que fue creada, también se creó su antipartícula. En la física de partículas, una pregunta muy importante es si todas las leyes de la física exhiben un tipo específico de simetría conocida como CPT, y estas mediciones sugieren que efectivamente existe una simetría fundamental entre núcleos y antinúcleos», dice Marcelo Gameiro Munhoz, profesor en el Instituto de Física de la USP (SI) y miembro del equipo brasileño que trabaja en ALICE.

Munhoz es el investigador principal en este proyecto de investigación «Física nuclear de alta energía en el RHIC y LHC», con el apoyo de la Fundación de Investigación de São Paulo (FAPESP). El proyecto —una colaboración entre el Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) en el Laboratorio Nacional de Brookhaven en los Estados Unidos y ALICE en el LHC, operado por la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) en Suiza— consiste en actividades experimentales relacionadas con el estudio de las colisiones relativistas de iones pesados.

Entre otros objetivos, los investigadores brasileños que participan en ALICE buscan entender la producción de quarks pesados (encanto y quark abajo) en base a la medición de los electrones utilizando un calorímetro electromagnético y, más recientemente Sampa, un microchip desarrollado en Brasil para estudiar los fenómenos más raros que surgen de las colisiones de iones pesados en el LHC.

El experimento

Según Munhoz, las mediciones de la masa y la carga realizadas en el experimento de simetría, junto con otros estudios, ayudará a los físicos a determinar cuál de las muchas teorías sobre las leyes fundamentales del universo es más plausible.

«Estas leyes describen la naturaleza de todas las interacciones de la materia», dijo, «por lo que es importante saber que las interacciones físicas no se cambian por la inversión de carga de partículas, la transformación de paridad, reflexiones de coordenadas espaciales y la inversión de tiempo. La pregunta clave es si las leyes de la física siguen siendo las mismos en esas condiciones».

En particular, los investigadores midieron las diferencias de relación masa sobre carga para los deuterones, que consisten en un protón y un neutrón, y antideuterones, así como para los núcleos de helio-3, que comprenden dos protones y un neutrón, y antihelio-3. Las mediciones recientes en el CERN compararon en alta resolución las mismas propiedades de protones y antiprotones.

El experimento ALICE registra colisiones de alta energía de iones de plomo en el LHC, lo que permite el estudio de la materia a muy altas temperaturas y densidades.

Las colisiones de iones de plomo son una fuente abundante de partículas y antipartículas, produciendo núcleos y los antinúcleos correspondientes a tasas casi iguales. Esto le permite a ALICE hacer una comparación detallada de las propiedades de los núcleos y antinúcleos que se producen más copiosamente.

El experimento hace mediciones precisas tanto de la curvatura de los recorridos de las partículas en el campo magnético del detector y el tiempo de vuelo de las partículas, y utiliza esta información para determinar las proporciones de masa-carga de los núcleos y antinúcleos.

 
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La alta precisión del detector de tiempo de vuelo, que determina el tiempo de llegada de partículas y antipartículas con una resolución de 80 picosegundos, y está asociado con la medición de pérdida de energía proporcionada por la cámara de tiempo de proyección, permite que los científicos implicados midan una señal clara para los deuterones/antideuterones, y helio-3/antihelio-3, las partículas estudiadas en el experimento de la similitud.

El mensaje anterior se reproduce a partir de los materiales proporcionados por la Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo.

Fuente: Science Daily. Aportado por Eduardo J. Carletti

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