El experimento LHCb del CERN observa por primera vez una violación de simetría materia-antimateria en bariones, un fenómeno que se predijo en los años 60 sobre el origen del universo, pero que nunca antes se había comprobado en las partículas que forman la materia común. Esto podría revelar nuevas vías hacia una física más allá del Modelo Estándar.
Por primera vez, un equipo internacional del experimento LHCb, en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, ha observado una violación de la simetría carga-paridad (CP) en la desintegración de bariones, partículas subatómicas compuestas por tres quarks como los protones y los neutrones. El hallazgo, publicado esta semana en la revista Nature, supone un importante paso en el estudio de la asimetría entre materia y antimateria que caracteriza al universo.
Según los modelos cosmológicos, el Big Bang produjo materia y antimateria en cantidades iguales. Sin embargo, hoy apenas se detecta antimateria en el universo observable, donde dominan las estrellas, planetas y galaxias formadas por protones, neutrones y electrones. Esta desproporción plantea uno de los grandes enigmas de la física moderna.
En 1967, el físico Andréi Sájarov propuso que, para que la materia sobreviviera tras el Big Bang, debían darse ciertas condiciones, entre ellas la violación de la simetría CP, lo que implicaría que la materia y la antimateria no se comportan exactamente igual. Aunque esta violación ya se había detectado en mesones —partículas formadas por un par de quarks— desde los años 60, nunca antes se había observado experimentalmente en bariones, las partículas que forman la materia, como protones o neutrones.
Para Javier Fernández Menéndez, profesor titular del departamento de Física de la Universidad de Oviedo, el hallazgo "sienta un pasito más en el largo camino de la ciencia, en este caso en particular, pues era un resultado largamente buscado y esperado, con una precisión muy alta", explica en declaraciones al Science Media Center (SMC) España. "Entender por qué estamos hechos de materia y no de antimateria (protones positivos en lugar de antiprotones negativos, por ejemplo) es una de las piezas clave en el entendimiento de nuestro universo".
“El desequilibrio entre materia y antimateria requiere la existencia de una violación de CP”, explican los autores del estudio, liderados por Xueting Yang. El experimento LHCb ha detectado por primera vez una asimetría en la desintegración de bariones utilizando datos de colisiones protón-protón en el LHC. Esta diferencia de comportamiento entre bariones y antibariones supone una nueva confirmación de las predicciones del Modelo Estándar, concretamente del mecanismo de Cabibbo–Kobayashi–Maskawa (CKM), que describe cómo los quarks se transforman entre sí a través de la interacción débil.
"Es muy interesante estudiar en qué medida el Modelo Estándar puede predecir cuantitativamente la asimetría observada. Este cálculo es muy complejo porque involucra las interacciones fuertes y actualmente no sabemos hacer estos cálculos con la precisión suficiente", explica Pilar Hernández, catedrática de Física Teórica de la Universitat de València, al SMC. "Contrastar el resultado experimental con la teoría es fundamental para establecer si hay o no efectos más allá del Modelo Estándar que puedan estar contribuyendo a este proceso. Sabemos que la asimetría entre materia y antimateria en el Modelo Estándar no es suficiente para explicar el universo, así que dichos efectos son justamente lo que estamos buscando".
La matriz CKM incorpora un parámetro de fase complejo que permite la violación de la simetría CP, pero las asimetrías que predice son insuficientes para explicar por completo la ausencia de antimateria en el universo. Por ello, los físicos consideran que deben existir otras fuentes de violación CP aún no descubiertas.
Aunque este nuevo resultado no resuelve el misterio del origen de la asimetría cósmica, sí ofrece una ventana inédita para explorarla. “Encontrar los detalles de esta violación de simetría en bariones permitirá avanzar en la búsqueda de nueva física”, concluyen los investigadores, que consideran que este descubrimiento abre una nueva etapa tanto teórica como experimental en la exploración del universo a nivel subatómico.
Referencia:
Xueting Yang and the LHCb Collaboration. “Observation of charge–parity symmetry breaking in baryon decays”. Nature (2025).
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