El modelo estándar de la física de partículas ha sido el medio predominante para explicar cuáles son los componentes básicos de la materia y cómo interactúan durante décadas. Propuesto por primera vez en la década de 1970, el modelo afirma que por cada partícula creada, hay una antipartícula. Como tal, un misterio duradero planteado por este modelo es por qué el Universo puede existir si teóricamente está compuesto de partes iguales de materia y antimateria.
Esta aparente disparidad, conocida como la violación de la paridad de carga (CP), ha sido objeto de experimentos durante muchos años. Pero hasta ahora, no se ha hecho una demostración definitiva de esta violación, o de la cantidad de materia que puede existir en el Universo sin su contraparte. Pero gracias a los nuevos hallazgos publicados por la colaboración internacional Tokai-to-Kamioka (T2K), podemos estar un paso más cerca de comprender por qué existe esta disparidad.
Observado por primera vez en 1964, la violación de CP propone que, bajo ciertas condiciones, las leyes de simetría de carga y simetría de paridad (también conocida como simetría de CP) no se aplican. Estas leyes establecen que la física que gobierna una partícula debería ser la misma si se intercambiara con su antipartícula, mientras que sus coordenadas espaciales estarían invertidas. De esta observación, surgió uno de los mayores misterios cosmológicos.
Si las leyes que rigen la materia y la antimateria son las mismas, ¿por qué el Universo está tan dominado por la materia? Alternativamente, si la materia y la antimateria son fundamentalmente diferentes, ¿cómo concuerda esto con nuestras nociones de simetría? Responder estas preguntas no solo es importante en lo que respecta a nuestras teorías cosmológicas predominantes, sino que también son intrínsecas para comprender cómo funcionan las interacciones débiles que gobiernan las partículas.
Establecida en junio de 2011, la colaboración internacional T2K es el primer experimento en el mundo dedicado a responder a este misterio mediante el estudio de oscilaciones de neutrinos y antineutrinos. El experimento comienza con haces de alta intensidad de neutrinos muónicos (o antineutrinos muónicos) generados en el Complejo de Investigación del Acelerador de Protones de Japón (J-PARC), que luego se disparan hacia el detector Super-Kamiokande a 295 km de distancia.
Este detector es actualmente uno de los más grandes y sofisticados del mundo, dedicado a la detección y estudio de neutrinos solares y atmosféricos. A medida que los neutrinos viajan entre las dos instalaciones, cambian el "sabor", pasando de neutrinos muon o antineutrinos a neutrinos electrónicos o antineutrinos. Al monitorear estos haces de neutrinos y antineutrinos, el experimento observa diferentes tasas de oscilación.
Esta diferencia en la oscilación mostraría que existe un desequilibrio entre partículas y antipartículas, y por lo tanto proporcionaría la primera evidencia definitiva de violación de CP por primera vez. También indicaría que hay una física más allá del Modelo Estándar que los científicos aún no han investigado. En abril pasado, se lanzó el primer conjunto de datos producido por T2K, que proporcionó algunos resultados reveladores.
Como Mark Hartz, colaborador de T2K y profesor asistente del proyecto Kavli IPMU, dijo en un reciente comunicado de prensa:
"Si bien los conjuntos de datos aún son demasiado pequeños para hacer una declaración concluyente, hemos visto una preferencia débil por una violación de CP grande y estamos entusiasmados de continuar recopilando datos y hacer una búsqueda más sensible de violación de CP".
Estos resultados, que fueron publicados recientemente en el Cartas de revisión física, incluye todas las ejecuciones de datos entre enero de 2010 y mayo de 2016. En total, estos datos comprendieron 7.482 x 1020 protones (en modo neutrino), que produjeron 32 eventos de neutrinos de electrones y 135 neutrinos de muones, y 7.471 × 1020 protones (en modo antineutrino), que produjeron 4 eventos de neutrinos antineutrinos y 66 neutrinos muones.
En otras palabras, el primer lote de datos ha proporcionado alguna evidencia de violación de CP, y con un intervalo de confianza del 90%. Pero esto es solo el comienzo, y se espera que el experimento dure otros diez años antes de concluir. "Si tenemos suerte y el efecto de violación de CP es grande, podemos esperar evidencia de 3 sigma, o alrededor del 99.7% de nivel de confianza, para violación de CP en 2026", dijo Hartz.
Si el experimento tiene éxito, los físicos finalmente podrán responder cómo es que el Universo primitivo no se aniquiló a sí mismo. ¡También es probable que sea útil revelar aspectos del Universo en los que los físicos de partículas están ansiosos por entrar! Es por esto que es probable que se encuentren las respuestas a los secretos más profundos del Universo, como cómo encajan todas sus fuerzas fundamentales.
