Los científicos del CERN han observado por primera vez cómo se crea antimateria en las colisiones cósmicas, lo que habla de la frecuencia con la que ocurre y ayudará a determinar si se origina o no a partir de la materia oscura.
El equipo de físicos del LHCb presentó en la conferencia Rencontres de Moriond un análisis de las colisiones de partículas con el LHC que podría arrojar nueva luz sobre el origen de la antimateria.
El LHCb (Large Hadron Collider beauty experiment) es uno de los seis detectores de partículas, actualmente en funcionamiento, instalados en el LHC (Large Hadron Collider) del CERN.
Los Rencontres de Moriond, que desde 1966 reúnen a físicos de partículas de todo el mundo, celebró su 56 conferencia entre el 19 y el 26 marzo, que estuvo dedicada a cromodinámica cuántica (QCD) y a las interacciones de alta energía. Fue el escenario escogido por el LHCb para presentar los últimos resultados de sus investigaciones.
Estos resultados tienen que ver con una antigua duda científica: la antimateria, ¿está relacionada con la materia oscura, que es la que mantiene unidas a las galaxias y sus cúmulos?
¿Antiprotones de materia oscura?
En el Gran Colisionador de Hadrones no solo se realizan experimentos a escala micro (partículas elementales), sino también otros relacionados con objetos cósmicos.
Los experimentos espaciales los lleva a cabo el espectrómetro magnético alfa (AMS), que ha sido ensamblado en el CERN e instalado en la Estación Espacial Internacional (ISS).
Los científicos del LHCb revelaron que AMS ha detectado una fracción de antiprotones, es decir, de antipartículas de protones, en los rayos cósmicos que bombardean constantemente la Tierra.
El descubrimiento es relevante porque sólo el 0,01% de los rayos cósmicos es antimateria. En 2013, AMS había medido un exceso de 400.000 positrones, el mayor número de partículas de antimateria registrado hasta ahora en el espacio, sin poder determinar si procedían de colisiones entre partículas de materia oscura.
Posibles orígenes
Los físicos han especulado durante mucho tiempo que los antiprotones pueden formarse durante las colisiones de partículas, aunque nunca han podido confirmarlo.
También pueden nacer como resultado de colisiones de protones con núcleos atómicos en el medio interestelar (compuesto principalmente por hidrógeno y helio).
En experimentos anteriores, el equipo del LHCb buscó antiprotones producidos a cierta distancia del lugar de la colisión, mediante partículas cambiantes llamadas anti hiperones.
Los hiperones son partículas extrañas: profundamente inestables, tienen una vida media bastante corta, por lo que no forman parte de la materia ordinaria. Surgen cuando colisionan partículas muy energéticas, pero desaparecen enseguida. Su antipartícula es el anti hiperón.
¿En el espacio?
En el nuevo experimento, el equipo del LHCb buscó antiprotones producidos a cierta distancia del punto de colisión, pero con un nuevo enfoque: a través de la transformación o «desintegración» de anti hiperones en antiprotones.
Para realizar esta nueva medición, los investigadores del LHCb, que suelen utilizar datos de colisiones protón-protón para sus investigaciones, utilizaron en su lugar datos de colisiones protón-helio y analizaron una muestra de alrededor de 34 millones de eventos de este tipo.
Descubrieron que los antiprotones producidos a través de las desintegraciones de anti hiperón contribuyen mucho más a la tasa total de producción de antiprotones, que la cantidad predicha por la mayoría de los modelos de producción de antiprotones en colisiones protón-núcleo.
Este resultado habla de la frecuencia con la que se debe crear antimateria en colisiones cósmicas entre protones y núcleos atómicos, y ayudará a determinar si la antimateria vista en los experimentos en el espacio, se origina o no a partir de la materia oscura, destacan los investigadores.
¿Hipótesis o realidad?
«Este resultado complementa nuestra medición anterior de la producción rápida de antiprotones y mejorará las predicciones de los modelos», explica el portavoz de LHCb, Chris Parkes, en un comunicado. «Esta mejora puede, a su vez, ayudar a los experimentos espaciales a encontrar evidencia de materia oscura».
La materia oscura es una entidad hipotética de naturaleza desconocida cuya existencia explicaría una serie de observaciones astronómicas y cosmológicas que de otro modo serían desconcertantes.
Aunque la materia oscura no se ha observado directamente, su existencia y propiedades se infieren de sus efectos gravitatorios, como el movimiento de la materia visible alrededor de los centros galácticos y las mediciones precisas de las fluctuaciones de temperatura en el fondo cósmico de microondas.
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