lunes, 28 de marzo de 2011

Observando partículas del Big Bang en el LHC

Evento de colisión detectadompor LHCb. Créditos CERN.
Poco después de iniciar los experimentos en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el laboratorio del CERN cerca de Ginebra, Suiza, se comenzaron a obtener datos científicos el otoño pasado. Un grupo de científicos encabezado por un físico de la Universidad de Siracusa se ​​convirtió en el primero en observar el decaimiento de una partícula rara que supuso estuvo presente después del Big Bang. Mediante el estudio de esta partícula, los científicos esperan resolver el misterio de porqué el universo evolucionó  con más materia que antimateria.

Dirigido por Sheldon Stone, físico en la Facultad de Artes y Ciencias de la Universidad de Syracuse (SU), los científicos observaron la desintegración de un tipo especial de mesones B, que se crean cuando los protones viajan casi a la velocidad de la luz e impactan uno contra otro. El trabajo es parte de dos estudios publicados en la edición reciente de Physics Letters B. Stone encabeza el grupo de Su en física de alta energía, que forma parte del grupo más grande de científicos (en la colaboración de LHCb) que realizan un experimento en el CERN. La National Science Foundation (NSF) patrocina la investigación de Stone.

"Es impresionante ver resultados en física tan vanguardistas producidos poco después de que se comenzó a recolectar de datos en el LHC", expresa Moishe Pripstein, director del programa de Física de Partículas Elementales en la NSF. "Estos resultados son un tributo tanto al ingenio como a la colaboración internacional de científicos y el potencial de descubrimiento del LHC."

Los científicos están ansiosos por estudiar estos mesones B especiales debido a su potencial para la obtención de información sobre la relación entre materia y antimateria momentos después del Big Bang, así como descubrir las fuerzas aún no descritas que resultaron en el aumento de la materia sobre la antimateria .

"Sabemos que cuando se formó el Universo después del Big Bang, había tanta materia como antimateria", añade Stone. "Pero vivimos en un mundo predominantemente de materia, por lo tanto, tiene que haber diferencias en la descomposición de la materia y la antimateria con el fin de terminar con un excedente de materia".

Toda la materia está compuesta de átomos, que están compuestos por protones (carga positiva), electrones (carga negativa) y neutrones (carga neutra). Los protones y los neutrones están compuestos, a su vez, de partículas aún más pequeñas, llamadas quarks. La antimateria está compuesta de antiprotones, positrones (lo contrario de electrones), antineutrones y por lo tanto anti-quarks. Aunque la antimateria en general se refiere a las partículas sub-atómicas, también puede incluir elementos más grandes, como el hidrógeno o el helio. En general se cree que las mismas reglas de la física se aplica tanto a la materia y la antimateria además de que que ambas deben producirse en cantidades iguales en el Universo. Que no jueguen con las mismas reglas o no se produzcan en cantidades iguales se encuentran entre los más grandes problemas sin resolver en la física de hoy.

Mesones B son un subgrupo raro y especial de mesones compuesto por un quark y un antiquark. Mientras que los mesones B eran comunes después del Big Bang, se considera que no existen en la naturaleza actualmente y sólo puede ser creados y observados en condiciones experimentales en el LHC o colisionadores de alta energía. Debido a que estas partículas no juegan con las mismas reglas de la física como la mayoría de la materia, los científicos creen que los mesones B pueden haber jugado un papel importante en el aumento de la materia sobre la antimateria. Las partículas también pueden proporcionar pistas sobre la naturaleza de las fuerzas que llevaron a esta falta de simetría en el universo.

"Queremos averiguar la naturaleza de las fuerzas que influyen en el deterioro de estas partículas [mesón B]," dice Stone. "Estas fuerzas existen, pero no sabemos lo que son. Podría ayudar a explicar por qué la antimateria se desintegra diferente a la materia".

En 2009, el grupo experimental de física de alta energía del grupo de física de la Universidad de Syracuse recibió más de $ 3.5 millones de la NSF a través de la Ley de Recuperación y Reinversión Americana (ARRA) para su investigación en el marco de la colaboración LHCb del CERN. El LHCb, uno de los cuatro grandes detectores de partículas localizado en el anillo del LHC, se dedica a la búsqueda de nuevos tipos de las fuerzas fundamentales de la naturaleza.

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