El origen de la materia - Sigma Xi

posibles desintegracionesprobabilidad del 51 % probabilidad del 49 %uXXuprobabilidad del 49 % _ probabilidad del 51 %u__X_ Xudesintegraciones inversasd–enes respetaran el número bariónico,tal como sucede en la física usual.Violación de las simetrías de conjugaciónde carga. Ya he mencionadoantes que ciertas propiedades de laspartículas no deben ser perfectamentesimétricas; dos de esas propiedadescuasisimétricas se conocen con lasletras C y CP. Con C se simbolizala conjugación de carga, la operaciónque cambia una partícula en una antipartícula;la letra P nos remite a laparidad, la operación que cambia elsigno de las coordenadas espacialesde un sistema y crea una imagenespecular. Algunas teorías físicas querigen las propiedades microscópicaspermanecen invariables cuando secambian las partículas por las antipartículas.Pero en el ejemplo anterior hedispuesto una asimetría al dejar queun barión y su antibarión prefirierandistintos modos de desintegrarse._X4. LAS PARTICULAS SUBATOMICAS dejan, al desintegrarse, partículas de materia yenergía. Puede surgir una asimetría si la probabilidad de un cierto canal de desintegraciónes distinta para una partícula y para su antipartícula. Tomemos como ejemplouna partícula hipotética, el bosón X. Supongamos que es un poco más probable que Xse desintegre en dos quarks arriba que en un antiquark abajo y un positrón, y que lasprobabilidades de los caminos de desintegración paralelos de su antipartícula X – estáninvertidas: es un poco más probable que X – se desintegre en un quark abajo y un electrónque no en dos antiquarks arriba. Cien desintegraciones de cada partícula darían unaganancia neta de dos bariones. El panel inferior ilustra las desintegraciones inversas, lafusión de partículas para crear nuevos bosones X. A temperaturas elevadas en el universoprimitivo, las desintegraciones inversas serían tan rápidas como las desintegraciones,lo que arruinaría la asimetría._u_uPérdida de equilibrio térmico. Unbuen ejemplo de equilibrio térmicoes el agua hirviendo dentro de unaolla a presión cerrada. Las moléculasde agua pasan de la fase líquida ala gaseosa sin cesar. Hay equilibrioporque, una vez se ha alcanzado unatemperatura constante, el ritmo a quelas moléculas hacen esta transiciónes exactamente igual al ritmo delproceso inverso, de manera que lacantidad total de líquido y vaporpermanece constante. Se rompe esteequilibrio térmico si se levanta latapa. El vapor escapa y el ritmo detransformación de líquido a gas sevuelve mayor que el ritmo inverso.Si se sigue suministrando calor, seevaporará todo el líquido.Hay una situación en el universoprimitivo análoga a levantar la tapade la olla. En el equilibrio, los barionesse están desintegrando, pero_ded+–eXacontece también el proceso inverso,en el cual los quarks se unen paraformar bariones; ambos procesossuceden al mismo ritmo. Las desintegracionesno pueden producir unaasimetría bariónica, ya que las desintegracionesinversas la van deshaciendo.Sin embargo, a medida que eluniverso se expande, la temperaturadecrece, como si se destapara la ollaa presión. A determinada temperaturaun par de quarks ya no tendrá lasuficiente energía como para produciruna partícula pesada. Se generará asíuna asimetría bariónica.Violación de CPSajarov indicó que, para la bariogénesis,no se debía violar un tipode simetría, sino dos. De ellos unorequiere cierta explicación. La violaciónde CP combina dos transformaciones.C cambia partículas porantipartículas. Su vinculación con laparidad resulta menos obvia.Las posiciones de los objetos enel espacio se describen mediante tresejes, x, y y z. Cuando se mira en unespejo, se ve una transformación deparidad en el eje perpendicular a lasuperficie del espejo. Si es el eje yy el objeto real está en la posiciónx, y y z, la posición especular delobjeto se encontrará en la posiciónx, –y y z. Un reflector de esquina,consistente en tres espejos formandoun vértice de cubo, muestra la completatransformación de paridad (–x,–y y –z) en las tres direcciones.La paridad es relevante para labariogénesis debido a que los quarksno sólo tienen sabores; también puedenser levógiros o dextrógiros. Unamanera sencilla de imaginarlo: si losdedos de la mano derecha se curvanen torno a una partícula imaginariaque se mueve en la dirección deldedo pulgar estirado, una partículadextrógira girará en la direcciónen la que apuntan los dedos. Unapartícula levógira girará en sentidoopuesto.Si la simetría CP se hubiese satisfechodurante toda la historia del universo,la única asimetría de partículasque crearíamos sería entre quarkslevógiros y antiquarks dextrógiros,más una asimetría igual y opuestaentre quarks dextrógiros y antiquarkslevógiros. Por desgracia, la asimetríatotal entre quarks y antiquarks seríaaún nula.EMMA SKURNICK/American Scientist52 INVESTIGACIÓN Y CIENCIA, junio, 2005