Una sutil danza de materia y antimateria, medida en el acelerador de Fermilab

Unas part¨ªculas subat¨®micas llamadas mesones Bs, que debieron existir en el Universo al principio y que se crean ahora en los aceleradores de part¨ªculas, se convierten espont¨¢neamente en lo contrario de s¨ª mismas, en antimateria, en antimesones Bs. A su vez los antimesones Bs, la antimateria, se convierten otra vez en mesones Bs. Un equipo de 700 f¨ªsicos del acelerador de part¨ªculas Tevatron (de Fermilab, en Chicago) ha medido ahora con alta precisi¨®n que esa transici¨®n de una part¨ªcula en su antipart¨ªcula se produce 2,8 billones de veces por segundo, con un error del 2%. "Si lo ves como una de danza de materia y antimateria, nosotros hemos medido el incre¨ªblemente r¨¢pido tempo de esa danza", dice Jacobo Konigsberg, uno de los jefes del equipo. Una decena de f¨ªsicos espa?oles, del Instituto de F¨ªsica de Cantabria (IFCA), ha desempe?ado un papel destacado en el experimento, cuyos ¨²ltimos datos se presentaron la semana pasada.

Los cient¨ªficos explican que estos resultados pueden ayudarles a entender por qu¨¦, si en el inicio del universo se debi¨® de crear casi la misma cantidad de materia que de antimateria -o un poquito m¨¢s de la materia- ahora todo lo que existe es materia. La materia y la antimateria se aniquilan cuando se juntan emitiendo energ¨ªa; por tanto, si al principio hab¨ªa exactamente la mitad de cada, todo se habr¨ªa esfumado y ahora no existir¨ªa el cosmos.

"No entendemos por qu¨¦ esa ligera asimetr¨ªa", comenta desde Chicago, Guillelmo G¨®mez Ceballos, investigador del IFCA que trabaja en Fermilab, en el equipo CDF que ha hecho la investigaci¨®n. Los mesones Bs son unas part¨ªculas pesadas, formadas por un quark strange y un antiquark bottom y, para medir con tan alta precisi¨®n su danza de materia-antimateria, los cient¨ªficos han tenido que analizar los efectos de miles de millones de colisiones de part¨ªculas generadas en el acelerador durante m¨¢s de cuatro a?os.

El otro equipo que trabaja en el Tevatron, el DZero, realiz¨® sus an¨¢lisis correspondientes de los registros pero los resultados que obtuvo no fueron tan precisos como los de CDF, aunque perfectamente compatibles con ¨¦stos ¨²ltimos, explica Fermilab en un comunicado.

Las nuevas medidas no son inesperadas, son las predichas por el Modelo Est¨¢ndar, que describe las part¨ªculas elementales y sus interacciones, explica G¨®mez Ceballos, de 31 a?os. "Sab¨ªamos que los mesones Bs oscilaban as¨ª, pero hasta ahora no se hab¨ªa comprobado con tanta precisi¨®n porque los detectores no ten¨ªan suficiente sensibilidad ni las herramientas de an¨¢lisis eran tan avanzadas". ?l es uno de los pocos cient¨ªficos de CDF que han realizado el an¨¢lisis definitivo del experimento y fue el encargado de presentar los resultados la semana pasada en un congreso celebrado en Canad¨¢.

De los 700 cient¨ªficos de 61 instituciones de 13 pa¨ªses que forman el equipo, una decena son del IFCA. "Hemos participado en el desarrollo y montaje del llamado detector de tiempo de vuelo, un elemento clave para medir estas oscilaciones de materia-antimateria, y nos encargamos de su calibraci¨®n", explica Alberto Ruiz Jimeno, jefe del grupo c¨¢ntabro. Dicho detector es uno de los sensores clave de la gran m¨¢quina de 4.000 toneladas que registra los efectos de los choques de part¨ªculas en el Tevatron.

Los resultados obtenidos sobre la danza de materia y antimateria "son importantes porque refinan mucho el conocimiento que tenemos del Modelo Est¨¢ndar, pero tal vez hubiera sido m¨¢s emocionante que no lo confirmaran", reconoce Ruiz Jimeno.

Aunque parezca una contradicci¨®n, los cient¨ªficos ans¨ªan descubrir zonas oscuras en sus conocimientos establecidos sobre la naturaleza porque en esas incongruencias pueden encontrar pistas que abran la puerta hacia un conocimiento m¨¢s profundo del Universo. Los experimentos descartan unas hip¨®tesis y fortalecen otras.

En este caso, las medidas de la frecuencia de oscilaci¨®n de la materia y la antimateria, explica Ruiz Jimeno, dejan fuera de juego algunas de las versiones de la teor¨ªa de supersimetr¨ªa, seg¨²n la cual cada part¨ªcula conocida tendr¨ªa asociada una supersim¨¦trica m¨¢s masiva. Las versiones que, en principio,quedan descartadas por los ¨²ltimos resultados de CDF, predicen una danza m¨¢s r¨¢pida a¨²n de los mesones Bs y los correspondientes antimesones.

En cuanto al desequilibrio entre materia y antimateria en el Universo, la frecuencia de oscilaci¨®n medida no lo explica completamente, aunque abre v¨ªas para explorar el fen¨®meno. "La naturaleza se resiste cuando intentamos desvelar sus secretos, pero nosotros no nos damos por vencidos porque tambi¨¦n somos muy testarudos", dice Young-Kee Kim, una de los l¨ªderes de CDF.