El origen de la materia - Sigma Xi

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5. ANDREI SAJAROV MOSTRO QUE UNODE LOS REQUISITOS para la creación demateria es la pérdida del equilibrio térmico.Si las consideraciones térmicas seañaden a la situación hipotética ilustradaen la figura 4, puede surgir una asimetríabariónica. En equilibrio térmico está el interiorde una olla cerrada: el líquido entray sale de la fase gaseosa a velocidadesiguales. La expansión del universo equivalea quitar la tapa de la olla. A medidaque el universo se enfría, alcanza unatemperatura en la que dos quarks carecenya de suficiente energía para producir unbosón pesado X.La búsqueda de violaciones de lasimetría CP ha sido una pasión delos físicos de partículas desde losaños cincuenta. Antes se creía queCP era una simetría exacta. Se violo erróneo de esta creencia cuandolos experimentos de 1964 de JamesChristenson, James Cronin, Val Fitchy Rene Turlay, del Laboratorio Nacionalde Brookhaven, encontraronun proceso que violaba la simetríaCP, aunque sólo un poco. Dos partículassupuestamente distintas resultaronser una misma, el kaón.Se demostró que el kaón neutro sedesintegraba en estados con diferentesvalores de CP.Sin embargo, la violación de CP enlas desintegraciones de los kaones estan débil, que ni siquiera puede crearuna asimetría bariónica tan pequeñacomo la que se observa. Se esperaque se descubran fuentes mayoresde violación de CP. El experimentoBaBar, del Centro del ColisionadorLineal de Stanford, y un experimentojaponés análogo, Belle, están ahorabuscando violaciones de CP enlas interacciones de ciertos quarkspesados.Burbujas y masaCon el descubrimiento experimentalde la violación de CP, Sajarov tuvouna realidad física que le inspiraseideas acerca del origen de la materia.No sabía que otro de sus criterios deviolación de simetrías, la necesidadde violación del número bariónico,se cumpliría en el modelo estándarde la física de partículas por mediode cierto proceso, el esfalerón (delgriego “caer”).El modelo estándar unifica el electromagnetismoy la fuerza nucleardébil en unas interacciones electrodébiles,con las correspondientes partículas.El esfalerón es cierta interacciónconcreta predicha por el modeloestándar. Involucra nueve quarks ytres partículas ligeras de la clase delos leptones, que se pueden contar demanera parecida a como se cuentanlos bariones. Descubierto como resultadomatemático en 1984 por FransKlinkhamer y Nicholas Manton (ahoraen las Universidades de Karlsruhey Cambridge, respectivamente), elesfalerón no se ha confirmado experimentalmente,aunque ningún teóricoduda de su validez.Para que tenga lugar la violaciónbariónica, se juntan tres quarks decada una de las “generaciones” delmodelo estándar —la de los dosquarks ligeros (arriba y abajo) yotras dos de quarks más pesados,descubiertos en los experimentos aaltas energías de los aceleradores—con un leptón de cada generación deleptones correspondiente. A baja temperatura,este proceso requiere quese produzca un efecto túnel cuántico,una transición del sistema microscópicoque normalmente requeriría unaporte de energía.direccióndel espínCpartículaantipartículaEMMA SKURNICK/American Scientistpartícula dextrógirapartícula levógira6. LAS LEYES DE SAJAROV también requieren la asimetría de ciertas transformacionesde partículas. Una de las simetrías de partículas es la conjugación de carga(C), la simple transformación de una partícula en su antipartícula (derecha). Otraes la paridad (P), que transforma una partícula dextrógira en una partícula levógiray, por lo tanto, con espín opuesto. La combinación de las dos transformaciones seconoce como CP. Desde los años cincuenta se buscaron violaciones de CP, antesconsiderada una simetría rigurosa. En 1964 se encontró un proceso que violadébilmente la simetría CP; nuevos experimentos en Estados Unidos y Japón estánbuscando fuentes de violaciones más intensas de CP.PCPINVESTIGACIÓN Y CIENCIA, junio, 2005 53
neutrino muleptón tauLa probabilidad de ese efecto túneles tan pequeña, que no se esperaríaver que ocurriese en el laboratorio oen el universo observable. ¿De dóndele viene su importancia, pues? Dieronla respuesta Kuzmin, Valery Rubakovy Mikhail Shaposhnikov en 1985: alas altas temperaturas del universoprimitivo, la barrera energética queevita la violación bariónica podríasuperarse con energía térmica. Esdecir: a altas temperaturas sí ocurrem=0m>0m>0la interacción esfalerónica. Aún másimportante es la disminución, e inclusoanulación, de la barrera energéticaa temperaturas suficientementeelevadas.La aceptación general de la validezdel esfalerón por parte de losteóricos significa que dos de los trescriterios de Sajarov —la violaciónde la simetría CP y la violación delnúmero bariónico— se cumplen enla naturaleza. ¿Existe un proceso quem>0m=0m>0m>0m>0m=08. SEGUN LA TEORIA ELECTRODEBIL, se formaron burbujas mientras las altas temperaturasdel universo primitivo se enfriaban. En su interior, las partículas tenían masa y lafísica era la ordinaria; la fase de fuera de las burbujas carecía de masa. Las burbujasse expandieron hasta que por fin eliminaron la fase exótica sin masa mediante una“transición de fase de primer orden”.Q 1Q 3Q 27. LA VIOLACION DEL NUMERO BARIO-NICO quizá se deba a una determinadainteracción entre quarks y leptones, dosgrandes clases de partículas elementales.En ella intervendrían quarks de las tresgeneraciones del modelo estándar de laspartículas elementales y un leptón decada una de las correspondientes generacionesde leptones (izquierda). A bajastemperaturas, esa interacción requiere un“túnel cuántico”, donde el sistema acometeuna transición que, en condicionesnormales, demandaría una aportación deenergía (arriba). Figuradamente hablando,el sistema abre un “túnel” a través deuna barrera de energía. A temperaturasmás altas, la transición puede sobrepasarla barrera: se realiza una interacción deesfalerón.satisfaga la tercera condición, la pérdidadel equilibrio térmico? Si asífuera, comprenderíamos el tamañode la asimetría bariónica a partir deprincipios conocidos, sin tener queestablecer nuevas hipótesis, y dispondríamosde condiciones restrictivaspara cualesquiera nuevas ideas físicasque predijesen un valor distinto dela asimetría bariónica.Antes el agua hirviente ha servidode ejemplo de pérdida del equilibriotérmico. Hay un proceso con ese mismoefecto en la teoría electrodébil aaltas temperaturas, pero opuesto a loque sucede cuando el agua hierve.En el universo primitivo se formaronburbujas a medida que el universose enfriaba. La fase existente fuerade las burbujas no era usual; enesa fase las partículas carecían de lamasa que tienen de ordinario. Sólodentro de las burbujas las partículasrecuperaban sus masas y generabanla física que conocemos. Las burbujasse expandieron y, finalmente,excluyeron del universo toda la faseexótica sin masa. Un proceso de estetipo constituye una transición de fasede primer orden.¿Qué relación guarda ello con labariogénesis? En esta teoría los esfa-EMMA SKURNICK/American Scientistelectrón54 INVESTIGACIÓN Y CIENCIA, junio, 2005
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Page 5: posibles desintegracionesprobabilid
Page 9 and 10: electrodébil al elevar la barrera

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