La biblia de la física de partículas está muriendo por una actualización. Y los físicos pueden tener exactamente la cosa: algunas partículas y fuerzas pueden verse en el espejo y no reconocerse a sí mismas. Eso, en sí mismo, enviaría el llamado Modelo Estándar en picada.
Casi todas las reacciones fundamentales entre las partículas subatómicas del universo se ven iguales cuando se giran en un espejo. La imagen especular, llamada paridad, se dice que es simétrica o que tiene simetría de paridad, en física.
Por supuesto, no todos siguen las reglas. Sabemos que, por ejemplo, las reacciones que involucran la fuerza nuclear débil, que también es extraña por muchas otras razones, viola la simetría de paridad. Por lo tanto, 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 igual en el espejo y, por lo tanto, violarían la simetría de paridad. Estas extrañas reacciones podrían apuntarnos hacia una nueva física que podría ayudarnos a superar el Modelo estándar de física de partículas, nuestro resumen actual de todas las cosas subatómicas.
Desafortunadamente, nunca veremos la mayoría de estas extrañas reacciones en nuestros destructores 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. Los investigadores del mayor destructor de átomos del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), ubicado cerca de Ginebra, han estado buscando estas interacciones raras. Hasta ahora, han aparecido con las manos vacías, pero incluso ese resultado es esclarecedor. Esos resultados negativos ayudan a eliminar las hipótesis infructuosas de la consideración, lo que permite a los físicos centrarse en caminos más prometedores en la búsqueda de nueva física.
Espejo Espejo en la pared
Uno de los conceptos más importantes en toda la física es el de la simetría. Incluso podría argumentar razonablemente que los físicos son solo cazadores de simetría. Las simetrías revelan las leyes fundamentales de la naturaleza que gobiernan el funcionamiento más interno de la realidad. La simetría es un gran problema.
¿Así que qué es lo? Una simetría significa que si cambia un elemento en un proceso o interacción, el proceso permanece igual. Luego, los físicos dicen que el proceso es simétrico con respecto a ese cambio. Estoy siendo deliberadamente vago aquí porque hay muchos tipos diferentes de simetría. Por ejemplo, a veces puede cambiar el signo de las cargas en las partículas, a veces puede ejecutar procesos hacia adelante o hacia atrás en el tiempo, y a veces puede ejecutar una versión de espejo del proceso.
Este último, mirando un proceso en el espejo, se llama la simetría de la paridad. La mayoría de las interacciones subatómicas en física te dan exactamente el mismo resultado, ya sea que se realicen frente a ti o en el espejo. Pero algunas interacciones violan esta simetría, como la fuerza nuclear débil, especialmente cuando se producen neutrinos en interacciones que involucran esa fuerza.
Los neutrinos siempre giran "hacia atrás" (en otras palabras, el eje de sus puntos de giro se alejan de su dirección de movimiento), mientras que los antineutrinos giran "hacia adelante" (su eje de puntos de giro hacia adelante mientras vuelan). Eso significa que hay diferencias muy sutiles en la cantidad de neutrinos y antineutrinos producidos cuando se realiza un experimento regular, en comparación con un espejo invertido que se basa en la débil fuerza nuclear.
Espejos rotos
Hasta donde sabemos, la fuerza nuclear débil y la fuerza nuclear débil solo violan la simetría de la paridad. Pero tal vez no está solo.
Sabemos que la física más allá de lo que entendemos actualmente 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 normalmente examina el LHC.
Por supuesto, estas ideas hipotéticas son exóticas, complejas y muy difíciles de probar. Y en muchos casos, no estamos exactamente seguros de lo que estamos buscando.
El problema es que si bien sabemos que nuestra concepción actual del mundo de partículas, llamada 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 apunte hacia algo nuevo y emocionante, pero hasta ahora todas esas búsquedas han fallado.
Muchas de las antiguas teorías de vanguardia sobre lo que está más allá del Modelo Estándar (como la supersimetría) se están descartando lentamente. Aquí es donde la violación de la simetría de paridad podría ser útil.
Casi todas las extensiones hipotéticas comunes al Modelo Estándar incluyen la limitación de que solo la fuerza nuclear débil viola la simetría de paridad. (Esto se integra en las matemáticas fundamentales de los modelos, en caso de que se pregunte cómo funciona esto). Eso significa que conceptos como la supersimetría, los axiones y los leptoquarks mantienen esta simetría rompiendo 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.
Pelando la paridad
Por esa razón, un equipo de investigadores buscó violaciones de paridad en un caché de datos liberados por el experimento del solenoide de muón compacto (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 configurado para buscar violaciones de paridad. Pero los investigadores descubrieron hábilmente una forma de hacerlo examinando las sobras en las interacciones entre otras partículas.
El resultado: no se encontraron indicios de violación de paridad. Hurra por el modelo estándar (de nuevo). Aunque es un poco decepcionante que esta investigación no haya abierto una nueva frontera de la física, ayudará a aclarar futuras búsquedas. Si seguimos buscando y aún no encontramos evidencia de violación de la paridad fuera de la fuerza nuclear débil, entonces sabemos que cualquier cosa que esté más allá del Modelo Estándar debe tener algunas de las mismas estructuras matemáticas que esa teoría principal y permitir que solo la fuerza nuclear débil mira diferente en el espejo.
