Científicos del IFCA participan en un importante hallazgo sobre materia y antimateria

El equipo internacional que trabaja en el proyecto CDF ha observado cómo una partícula oscila entre ambos estados a la mayor velocidad nunca vista

Científicos del Instituto de Física de Cantabria, entidad mixta de la Universidad de Cantabria (UC) y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), han logrado observar cómo una partícula subatómica llamada "mesón Bs" oscila entre materia y antimateria a la mayor velocidad nunca vista, con una frecuencia de aproximadamente 2,8 billones de veces por segundo. Esta observación, confirmada al 99,6% de probabilidad, permite esclarecer muchas de las incógnitas existentes sobre el funcionamiento de la naturaleza y la evolución del universo, y puede servir para conocer en profundidad las fuerzas fundamentales que rigen el cosmos.

El hallazgo constituye el resultado más importante -después del descubrimiento del "quark top" en 1995- de los obtenidos en el marco del experimento CDF (Collider Detector at Fermilab), que se desarrolla en el acelerador de partículas Tevatron. Esta gran instalación científica está situada en las afueras de Chicago y pertenece al Laboratorio Fermi, dependiente de la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía estadounidense.

Una de las claves tecnológicas para el éxito de la investigación ha sido el uso de un detector de "tiempo de vuelo" (TOF), usado en la clasificación como materia o antimateria de los mesones Bs producidos en los choques entre protones y antiprotones en el Tevatron. El Instituto de Física de Cantabria ha tenido un papel importante -desde su incorporación en 1999 a la colaboración CDF-, en la construcción, instalación y calibración de dicho instrumento, a través de un proyecto financiado por el Plan Nacional de Física de Partículas.

En esta línea de trabajo participan los catedráticos de la Universidad de Cantabria Teresa Rodrigo y Alberto Ruiz, el profesor Javier Cuevas (Universidad de Oviedo) y los doctores Iván Vila y Gervasio Gómez (CSIC), Rocío Vilar, Guillelmo Gómez-Ceballos y Luca Scodellaro (UC), Jónatan Piedra (actualmente en la Universidad de París VI) y los doctorandos Enrique Palencia (UC)  y Bruno Casal (CSIC).

CDF es un experimento que implica a más de 600 físicos de 40 instituciones científicas de todo el mundo. En el equipo de investigación que ha realizado este último e importante hallazgo y que está dirigido por el profesor Christoph Paus, del Massachusetts Institute of Technology (MIT) de Boston, participan destacadamente investigadores del IFCA: Guillelmo Gómez-Ceballos (actualmente coordinador de dichos trabajos en la colaboración CDF),  Jónatan Piedra, Iván Vila (uno de los coordinadores del detector de tiempo de vuelo del CDF) y Alberto Ruiz (jefe del Grupo de Física de Partículas Elementales del IFCA).

LA DANZA DE LA ANTIMATERIA

La partícula analizada por los científicos está compuesta de un quark y un antiquark. Es capaz de transformarse en su correspondiente antipartícula y viceversa, en un baile de materia-antimateria de 2,8 billones de veces por segundo de frecuencia. Este fenómeno está estrechamente ligado al comportamiento íntimo de la naturaleza. De acuerdo con el modelo más aceptado, el universo inicial estaría formado por la misma cantidad de materia y antimateria, que se aniquilaba continuamente produciendo energía, la cual, a su vez, formaba nuevamente igual cantidad de materia que de antimateria.

Sin embargo, las observaciones actuales, tanto en la Tierra como mediante experimentos en el espacio, indican que el universo actual está casi exclusivamente formado por materia. La antimateria se produce en colisiones de muy alta energía, en los aceleradores o en las colisiones de radiación cósmica con los átomos de la atmósfera. Normalmente, materia y antimateria se aniquilan mutuamente produciendo una gran cantidad de energía. Pero, en algunos casos, las partículas pueden oscilar entre los dos estados.

Observar la oscilación de esa partícula Bs servirá para profundizar en el conocimiento de las fuerzas que rigen el comportamiento del universo, en particular para predecir la existencia o no de nuevas partículas de muy alta masa, como las partículas supersimétricas. Esta línea de investigación, junto con la búsqueda del llamado "bosón de Higgs", constituye uno de los aspectos más importantes en el programa científico del nuevo acelerador que se está instalando en el CERN (Ginebra), con participación, también, de científicos del IFCA.

Los resultados van a ser publicados en la prestigiosa revista "Physical Review Letters" y han sido presentados a la comunidad científica ayer en Chicago y hoy mismo en el Congreso FPCP de Vancouver (en este caso por parte de Guillelmo Gómez-Ceballos). El hallazgo es consecuencia de más de cinco años de trabajo exhaustivo, que también han dado como fruto la tesis doctoral de Jónatan Piedra, leída recientemente y dirigida por Iván Vila y Alberto Ruiz.

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