El Misterio Se Profundiza: La Materia Y La Antimateria Son Imágenes Especulares

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La materia y la antimateria parecen ser imágenes espejo perfectas entre sí, los científicos han descubierto con niveles de precisión sin precedentes.

La materia y la antimateria parecen ser imágenes de espejo perfectas entre sí por lo que cualquiera puede ver, los científicos han descubierto con una precisión sin precedentes, frustrando la esperanza de resolver el misterio de por qué hay mucha más materia que la antimateria en el universo.

La materia cotidiana está formada por protones, neutrones o electrones. Estas partículas tienen contrapartes conocidas como antipartículas (antiprotones, antineutrones y positrones, respectivamente) que tienen la misma masa pero la carga eléctrica opuesta. (Aunque los neutrones y los antineutrones tienen carga neutra, cada uno está hecho de partículas conocidas como quarks que poseen cargas eléctricas fraccionarias, y las cargas de estos quarks son iguales y opuestas entre sí en neutrones y antineutrones).

El universo conocido está compuesto de materia cotidiana. El misterio profundo es por qué el universo no está formado por partes iguales de antimateria, ya que el Big Bang que se cree que creó el universo hace 13.7 mil millones de años produjo cantidades iguales de ambos. Y si la materia y la antimateria parecen ser imágenes reflejadas entre sí en todos los aspectos, salvo su carga eléctrica, es posible que no quede nada de ninguno de los dos tipos de materia: la materia y la antimateria se aniquilan cuando se encuentran entre sí. [Los 9 mayores misterios sin resolver en la física]

Comprobando paridad de carga

Los físicos teóricos sospechan que el extraordinario contraste entre las cantidades de materia y antimateria en el universo, técnicamente conocido como asimetría bariónica, puede deberse a alguna diferencia entre las propiedades de la materia y la antimateria, formalmente conocida como paridad de carga o violación de simetría CP. Sin embargo, todos los efectos conocidos que conducen a violaciones de la simetría de PC no explican la gran preponderancia de la materia sobre la antimateria.

Las posibles explicaciones detrás de este misterio podrían radicar en las diferencias en las propiedades de la materia y la antimateria; por ejemplo, tal vez los antiprotones se desintegran más rápido que los protones. Si se encuentra alguna diferencia, aunque sea leve, "esto, por supuesto, llevará a consecuencias dramáticas para nuestra comprensión contemporánea de las leyes fundamentales de la física", el autor principal del estudio Stefan Ulmer, físico de partículas en el Instituto de Investigación Física y Química de Japón (RIKEN ), le dijo a WordsSideKick.com.

En la prueba más rigurosa de diferencias entre protones y antiprotones, los científicos investigaron la proporción de carga eléctrica a masa en aproximadamente 6,500 pares de estas partículas durante un período de 35 días. Para evitar que la antimateria y la materia entren en contacto, los investigadores atraparon protones y antiprotones en los campos magnéticos. Luego midieron cómo estas partículas se movían de manera cíclica en esos campos, una característica conocida como su frecuencia de ciclotrón, que es proporcional tanto a la relación carga-masa de esas partículas como a la fuerza del campo magnético.

(Técnicamente, los investigadores no usaron protones simples en los experimentos, sino iones negativos de hidrógeno, que consisten en un protón rodeado por dos electrones. Esto se hizo para simplificar los experimentos: tanto los antiprotones como los iones negativos de hidrógeno están cargados negativamente, y así responden de la misma manera a los campos magnéticos. Los científicos podrían explicar fácilmente los efectos que tuvieron estos electrones durante los experimentos.)

Imágenes de espejo perfectas

Los científicos descubrieron que la relación carga-masa de protones y antiprotones "es idéntica a solo 69 partes por billón", dijo Ulmer en un comunicado. Esta medida es cuatro veces mejor que las mediciones anteriores de esta relación.

Además, los investigadores también descubrieron que las relaciones de carga a masa que midieron no varían en más de 720 partes por trillón por día, ya que la Tierra gira sobre su eje y viaja alrededor del sol. Esto sugiere que los protones y antiprotones se comportan de la misma manera a medida que pasan a través del espacio a la misma velocidad, lo que significa que no violan lo que se conoce como tiempo de paridad de carga o simetría CPT.

La simetría de CPT es un componente clave del Modelo Estándar de física de partículas, la mejor descripción hasta la fecha de cómo se comportan las partículas elementales que forman el universo. No existen violaciones conocidas de la simetría CPT. "Cualquier violación de CPT detectada tendrá un gran impacto en nuestra comprensión de la naturaleza", dijo Ulmer. [8 maneras en que puedes ver la teoría de la relatividad de Einstein en la vida real]

Además, estas relaciones de carga a masa no diferían en más de 870 partes por billón en el campo gravitatorio de la Tierra. Esto significa que el principio de equivalencia débil, que sostiene que toda la materia cae a la misma velocidad en el mismo campo gravitacional, también se mantiene en este nivel de precisión. El principio de equivalencia débil es una piedra angular de la teoría de la relatividad general de Einstein, que entre otras cosas es la mejor explicación hasta ahora de cómo funciona la gravedad. No existen violaciones conocidas del principio de equivalencia débil, y cualquier violación detectada podría llevar a una revolución en la comprensión científica de la gravedad y el espacio-tiempo, y cómo ambas se relacionan con la materia y la energía.

Utilizando campos magnéticos más estables y otros enfoques, los científicos planean lograr mediciones que son al menos 10 veces más precisas de lo que encontraron hasta ahora, dijo Ulmer.

Los científicos detallaron sus últimos hallazgos en línea el 13 de agosto en la revista Nature.

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