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SIMETRÍAS - VIOLACIÓN CP


El universo visible está compuesto de partículas -protones, neutrones y electrones- y no por sus antipartículas antagonistas - antiprotones, antineutrones y positrones.
El Big Bang debería haber creado iguales cantidades de materia y antimateria. Entón, por que hay tanto de unas y tan poco de las otras?

La violación CP (C: conjugación da carga - P: paridad) -un efecto visto solamente en ciertas clases de partículas elementales- podría proporcionar la respuesta.

Andrei Sakharov en 1967 propuso tres condiciones que explicarían un universo que habiendo creado la misma cantidad de materia que de antimateria hubiese evolucionado hacia un dominio de la materia como vemos hoye:

.- El primer requerimiento era que el protón sea inestable.

.- El segundo era la violación C y CP.

.- La tercera condición es que el universo hubiese sufrido una fase de muy rápida expansión, por que si no la materia y la antimateria estarían destinadas a una equivalencia de comportamento.

La simetría CP, que analizaremos mas adelante, se refiere al hecho de que los fenómenos ocurren de igual forma si las partículas se convierten en las correspondientes antipartículas usando la transformación CP.

El marco teórico del incumplimiento de esta simetría, la Violación CP, fue proporcionado en 1973 por Makoto Kobayashi y Toshihide Maskawa (premiados con el Nobel 2008, junto a Yoichiro Nambu), que señalaron que esa violación se seguiría automáticamente si había al menos seis sabores -tipos-de quark. En los años posteriores los quarks "b" y "t" fueron descubiertos completándose la lista de 6 tipos de quarks,


La Paridad es una importante propiedad en la descripción cuántica de un sistema físico. En muchos casos, se refiere a la simetría de la función de onda que representa al sistema. La transformación de paridad remplaza al sistema como si fuese un espejo, es decir convirtiendo las coordenadas (x,y,z) por (-x,-y-z)

En general, si un sistema es idéntico al original después de una transformación de la paridad, se dice que el sistema presenta paridad par; en caso de que el resultado de la transformación de la formulación negativa de la original se dice que el sistema tiene paridad impar.

Más concretamente, P invierte la relación entre el momento angular intrínsico (spin) de una partícula y la dirección de su velocidad. Si el spin se alinea con la velocidad se dice que la partícula tiene "helicidad positiva". Si el spin es anti-paralelo a la dirección de la velocidade, a partícula tiene "helicidad negativa". Bajo unha transformación P, la dirección de la velocidad se invierte pero la dirección del spin no (el spin es un número cuántico); por tanto, una helicidad positiva helicidad negativa y viceversa.

Hasta 1956 fue aceptado que cuando un sistema aislado de partículas elementales interactuaba, la paridad total del sistema permanecía constante (se conservaba).

Intentando comprender ciertos rompecabezas en el decaimiento de los mesones K (se descomponían unas veces en dos mesones Pi y otras veces en tres mesones Pi), los físicos estadounidenses de origen chino Tsung-Dao Lee y Chen Ning Yang propusieron en 1956 que la Paridad no siempre se conservaba. El año siguiente (1957), la física estadounidense, también de origen chino, Chien Shiung Wu, a partir de su famoso experimento, probó de forma concluyente que en la interacción débil la paridad no se conservaba. En efecto, Wu orientó co un poderoso campo magnético núcleos del isótopo inestable Co-60, y a una temperatura cercana al cero absoluto para evitar desorientaciones. Observó entonces que en el decaimiento beta menos de este isótopo había preferencia por la emisión de electrones desde uno de los polos del núcleo. El fenómeno era asimétrico y por lo tanto no conservaba la paridad.

Conservación de la Paridad

No conservació de la Paridad

La operación C (o conjugación de carga) invierte los números cuánticos aditivos como la carga eléctrica, hipercarga, estrañeza, etc.

Así, bajo una trasformación CP un protón de helicidad negativa se convierte en un antiprotón de helicidad positiva.
Se predijo -y posteriormente se comprobó experimentalmente en los años 1950- que partículas con helicidad contraria interactúan de forma diferente. Así, un electrón de helicidad negativa interacciona con un núcleo convirtíendose en un neutrino, pero un electrón con helicidad positiva no lo hace. Sin embargo, un positrón con helicidad positiva si sufrirá esa interacción con el núcleo dando lugar a un antineutrino. Se trata pues de dos procesos absolutamente simétricos, simetría CP. Esta simetría CP fue asumida como exacta hasta 1964.

En ese año, James Cronin y Val Fitch del Brookhaven National Laboratory descubrieron una ligera anomalía en el decaimiento del mesón Kº que ponía de manifiesto que la simetría CP fallaba, o en otras palabras se producía la llamada violación CP.

Los efectos directamente observables para la violación son extremadamente sutiles, y no fueron descubiertos hasta 1999, en experimentos con mesones K en el CERN y en el FermiLab (EEUU).


Se han realizado medidas muy precisas para determinar el origen de la violación CP con mesones K, pero dado que estos mesones también interactúan bajo la interacción fuerte es difícil sacar una conclusión definitiva sobre el origen de la violación CP. Para poder hacer determinaciones más precisas se comenzó a experimentar con los mesones constituidos por quarks de tipo b (B-mesóns).

Un mesón B contiene un antiquark b (también llamado en la jerga "b-bar") con un quark u o d. Su antipartícula, llamada antimesón B o mesón "B-bar", está compuesta de un quark b y un antiquark u o antiquark d
Dos experimentos en el mundo han sido llevados a cabo para medir y estudiar la violación CP mediante el decaimiento de mesones B: BaBar (PEP-II - Stanford, USA) y BELLE (KEK -Tsukuba, Xapón).


El experimento LHCb está fundamentalmente dedicado al estudio de la violación CP mediante procesos de decaimiento de mesones B.

El LHC es de largo la "fábrica" más productiva de mesones B, con una variedad de  b-hadrnes, tales como Bu, Bd, Bs, Bc y b-bariones producidas en muy alta proporción. El detector LHCb cuenta con un conjunto de subdetectores que serán capaces de identificar los parámetros importantse de las partículas generadas en esos decaimientos. Esos dispositivos son: RICH, calorímetros electromagnéticos y hadrónicos, y las cámaras de muones.


Transformación T (Inversión Temporal)

La Transformación T corresponde a la operación de invertir la dirección dei Tiempo. Una invariancia bajo T significa que un proceso es totalmente reversible en el tempo.
Aunque es claro que las leyes de la Física non son invariantes bajo la transformacións C, P, o CP, los físicos creen que la simetría CPT no será "violada".

Por tanto, la imagen especular de un mundo de antimateria yendo hacia atrás en el tiempo parecería exactamento idéntico al nuestro.


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