Las rupturas en la simetría perfecta del universo podrían ser una ventana hacia una física completamente nueva

La biblia de la física de partículas está muriendo por una actualización. Y los físicos pueden tener justo la cosa: Algunas partículas y fuerzas pueden mirarse en el espejo y no reconocerse a sí mismos. Eso, en sí mismo, enviaría al llamado Modelo Estándar en barrena.

Casi todas las reacciones fundamentales entre las partículas subatómicas del universo se ven iguales cuando se giran en un espejo. La imagen espejo, llamada paridad, se dice entonces que es simétrica, o que tiene paridad simétrica, en la física.

Por supuesto, no todos siguen las reglas. Sabemos que, por ejemplo, las reacciones en las que interviene la fuerza nuclear débil, lo que también es extraño por un montón de otras razones, violan la simetría de la paridad. Así que es lógico que otras fuerzas y partículas en el mundo cuántico también rompan las reglas en esta área.

Los físicos tienen algunas ideas sobre estas otras reacciones hipotéticas que no se verían iguales en el espejo y por lo tanto violarían la simetría de paridad. Estas extrañas reacciones podrían apuntarnos hacia una nueva física que nos ayudaría a superar el Modelo Estándar de la física de partículas, nuestro resumen actual de todas las cosas subatómicas.

Desafortunadamente, nunca veremos la mayoría de estas extrañas reacciones en nuestros trituradores de átomos y laboratorios. Las interacciones son demasiado raras y débiles para detectarlas con nuestros instrumentos, que están sintonizados con otros tipos de interacciones. Pero puede haber algunas raras excepciones. Investigadores del mayor triturador de átomos del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), ubicado cerca de Ginebra, han estado buscando estas raras interacciones. Hasta ahora, han llegado con las manos vacías, pero incluso ese resultado es esclarecedor. Esos resultados negativos ayudan a eliminar las hipótesis infructuosas de la consideración, permitiendo a los físicos centrarse en vías más prometedoras en la búsqueda de nueva física. 18 Times Quantum Particles Blew Our Minds]

Espejo, espejo en la pared

Uno de los conceptos más importantes de toda la física es el de la simetría. Incluso se podría argumentar razonablemente que los físicos son sólo cazadores de simetría. Las simetrías revelan las leyes fundamentales de la naturaleza que gobiernan el funcionamiento más íntimo de la realidad. La simetría es algo importante.

Entonces, ¿qué es? Una simetría significa que si se cambia un elemento en un proceso o interacción, el proceso permanece igual. Los físicos dicen entonces que el proceso es simétrico con respecto a ese cambio. Estoy siendo deliberadamente vago porque hay muchos tipos diferentes de simetría. Por ejemplo, a veces se puede cambiar el signo de las cargas en las partículas, a veces se pueden ejecutar procesos hacia adelante o hacia atrás en el tiempo, y a veces se puede ejecutar una versión de imagen espejo del proceso.

Esta última, mirando un proceso en el espejo, se llama la simetría de la paridad. La mayoría de las interacciones subatómicas de la física te dan exactamente el mismo resultado, ya sea que se hagan frente a ti o en el espejo. Pero algunas interacciones violan esta simetría, como la fuerza nuclear débil, especialmente cuando los neutrinos se producen en interacciones que involucran esa fuerza.

Los neutrinos siempre giran «hacia atrás» (en otras palabras, el eje de su giro se aleja de su dirección de movimiento), mientras que los antineutrinos giran «hacia adelante» (su eje de giro gira en línea recta mientras vuelan alrededor). Eso significa que hay diferencias muy sutiles en el número de neutrinos y antineutrinos que se producen cuando se ejecuta un experimento regular, en comparación con un experimento de inversión en espejo que depende de la fuerza nuclear débil. [Strange Quarks and Muons, Oh My! Natures Tiniest Particles Dissected]

Espejos rotos

Por lo que sabemos, la fuerza nuclear débil y la fuerza nuclear débil por sí solas violan la simetría de la paridad. Pero tal vez no sea el único.

Sabemos que la física más allá de lo que actualmente entendemos debe existir. Y algunas de esas ideas y conceptos hipotéticos también violan la simetría de la paridad. Por ejemplo, algunas de estas teorías predicen asimetrías sutiles en interacciones normales que involucran los tipos de partículas que el LHC típicamente examina.

Por supuesto, estas ideas hipotéticas son exóticas, complejas y muy difíciles de probar. Y en muchos casos, no estamos seguros de lo que estamos buscando.

El problema es que aunque sabemos que nuestra concepción actual del mundo de las partículas, llamada el Modelo Estándar, es incompleta, no sabemos dónde buscar su reemplazo. Muchos físicos esperaban que el LHC revelara algo – una nueva partícula, una nueva interacción, cualquier cosa – que nos indicara algo nuevo y emocionante, pero hasta ahora todas esas búsquedas han fracasado.

Muchas de las antiguas teorías de vanguardia sobre lo que está más allá del Modelo Estándar (como la supersimetría) están siendo poco a poco descartadas. Aquí es donde la violación de la paridad y la simetría puede ser útil.

Casi todas las extensiones hipotéticas comunes del Modelo Estándar incluyen la limitación de que sólo la fuerza nuclear débil viola la simetría de paridad. (Esto es horneado en las matemáticas fundamentales de los modelos, en caso de que te preguntes cómo funciona esto.) Esto significa que conceptos como la supersimetría, los axiones y los leptocuartos mantienen esta simetría rompiéndose exactamente donde está, y en ningún otro lugar.

Pero miren, amigos, si estas extensiones comunes no están funcionando, tal vez sea hora de ampliar nuestros horizontes.

Desprendimiento de la paridad

Por esa razón, un equipo de investigadores buscó violaciones de paridad en una caché de datos publicada por el experimento del Solenoide Compacto de Muón (CMS) en el LHC; detallaron sus resultados en un estudio publicado el 29 de abril en el servidor de preimpresión arXiv. Esta fue una búsqueda bastante complicada, ya que el LHC no está realmente preparado para buscar violaciones de la paridad. Pero los investigadores ingeniosamente descubrieron una manera de hacerlo examinando los restos en las interacciones entre otras partículas.

El resultado: No se encontraron indicios de violación de la paridad. Hurra por el Modelo Estándar (otra vez). Aunque es un poco decepcionante que esta investigación no haya abierto una nueva frontera de la física, ayudará a clarificar futuras búsquedas. Si seguimos buscando y todavía no encontramos evidencia de violación de la paridad fuera de la fuerza nuclear débil, entonces sabemos que lo que sea que esté más allá del Modelo Estándar debe tener algunas de las mismas estructuras matemáticas que la teoría del pilar y permitir que sólo la fuerza nuclear débil se vea diferente en el espejo.

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Publicado originalmente en Misterius .

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