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

Unas partículas subatómicas llamadas mesones Bs, que debieron existir en el Universo al principio y que se crean ahora en los aceleradores de partículas, se convierten espontáneamente en lo contrario de sí 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 físicos del acelerador de partículas Tevatron (de Fermilab, en Chicago) ha medido ahora con alta precisión que esa transición de una partícula en su antipartícula 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 increíblemente rápido tempo de esa danza", dice Jacobo Konigsberg, uno de los jefes del equipo. Una decena de físicos españoles, del Instituto de Física de Cantabria (IFCA), ha desempeñado un papel destacado en el experimento, cuyos últimos datos se presentaron la semana pasada.

Los científicos explican que estos resultados pueden ayudarles a entender por qué, si en el inicio del universo se debió de crear casi la misma cantidad de materia que de antimateria -o un poquito más de la materia- ahora todo lo que existe es materia. La materia y la antimateria se aniquilan cuando se juntan emitiendo energía; por tanto, si al principio había exactamente la mitad de cada, todo se habría esfumado y ahora no existiría el cosmos.

"No entendemos por qué esa ligera asimetría", comenta desde Chicago, Guillelmo Gómez Ceballos, investigador del IFCA que trabaja en Fermilab, en el equipo CDF que ha hecho la investigación. Los mesones Bs son unas partículas pesadas, formadas por un quark strange y un antiquark bottom y, para medir con tan alta precisión su danza de materia-antimateria, los científicos han tenido que analizar los efectos de miles de millones de colisiones de partículas generadas en el acelerador durante más de cuatro años.

El otro equipo que trabaja en el Tevatron, el DZero, realizó sus análisis correspondientes de los registros pero los resultados que obtuvo no fueron tan precisos como los de CDF, aunque perfectamente compatibles con éstos últimos, explica Fermilab en un comunicado.

Las nuevas medidas no son inesperadas, son las predichas por el Modelo Estándar, que describe las partículas elementales y sus interacciones, explica Gómez Ceballos, de 31 años. "Sabíamos que los mesones Bs oscilaban así, pero hasta ahora no se había comprobado con tanta precisión porque los detectores no tenían suficiente sensibilidad ni las herramientas de análisis eran tan avanzadas". Él es uno de los pocos científicos de CDF que han realizado el análisis definitivo del experimento y fue el encargado de presentar los resultados la semana pasada en un congreso celebrado en Canadá.

De los 700 científicos de 61 instituciones de 13 países 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 calibración", explica Alberto Ruiz Jimeno, jefe del grupo cántabro. Dicho detector es uno de los sensores clave de la gran máquina de 4.000 toneladas que registra los efectos de los choques de partículas en el Tevatron.

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

Aunque parezca una contradicción, los científicos ansían descubrir zonas oscuras en sus conocimientos establecidos sobre la naturaleza porque en esas incongruencias pueden encontrar pistas que abran la puerta hacia un conocimiento más profundo del Universo. Los experimentos descartan unas hipótesis y fortalecen otras.

En este caso, las medidas de la frecuencia de oscilación de la materia y la antimateria, explica Ruiz Jimeno, dejan fuera de juego algunas de las versiones de la teoría de supersimetría, según la cual cada partícula conocida tendría asociada una supersimétrica más masiva. Las versiones que, en principio,quedan descartadas por los últimos resultados de CDF, predicen una danza más rápida aún de los mesones Bs y los correspondientes antimesones.

En cuanto al desequilibrio entre materia y antimateria en el Universo, la frecuencia de oscilación medida no lo explica completamente, aunque abre vías para explorar el fenómeno. "La naturaleza se resiste cuando intentamos desvelar sus secretos, pero nosotros no nos damos por vencidos porque también somos muy testarudos", dice Young-Kee Kim, una de los líderes de CDF.