Fermilab, Chicago, 11 de Abril de 2006

Científicos de la colaboración internacional CDF han presentado una medida de precisión de una sutil “danza” entre materia y antimateria. Aunque pueda parecer increíble, se conoce desde hace 50 años que algunas partículas subatómicas sufren transiciones espontáneas entre materia y antimateria. En el estudio presentado se ha medido la frecuencia con que una partícula llamada mesón Bs (formada por la unión de un quark pesado s y un antiquark aún más pesado anti-b), se transforma en antipartícula: 3.000.000.000.000 (tres billones) de veces en un segundo.

Esta observación, confirmada al 99,5% de probabilidad, constituye el resultado más importante del experimento CDF del acelerador Tevatron del Laboratorio Fermi, sito en las afueras de Chicago, después del descubrimiento en 1995 del quark top.

La participación de los investigadores del grupo de Altas Energías del Instituto de Física de Cantabria (IFCA, centro mixto CSIC-Universidad de Cantabria) en este estudio ha sido muy relevante. Así, una de las claves tecnológicas ha sido el uso de un detector de “tiempo de vuelo” (TOF) utilizado en la clasificación como materia o antimateria de los mesones Bs producidos en los choques entre protones y antiprotones en el Tevatrón. El Instituto de Física de Cantabria ha tenido un papel importante, desde su incorporación en 1999 a la colaboración CDF, en la construcción, instalación y calibración de dicho instrumento, a través de un proyecto financiado por el Plan Nacional de Física de Partículas, con la participación de los catedráticos de la Universidad de Cantabria, Teresa Rodrigo y Alberto Ruiz, el profesor Javier Cuevas (Universidad de Oviedo) y los Drs. Iván Vila y Gervasio Gómez (CSIC), Rocio Vilar, Guillelmo Gómez-Ceballos y Luca Scodellaro (UC) Jonatan Piedra (actualmente en la Universidad de Paris VI) y los doctorandos Enrique Palencia (UC) y Bruno Casal (CSIC).

CDF es un experimento en el que participan más de 600 físicos de 60 Instituciones científicas de todo el mundo. En el equipo de investigación que ha realizado este importante hallazgo, dirigido por el Prof. Christoph Paus del Massachusetts Institute of Technology (MIT) de Boston, participan destacadamente investigadores del Instituto de Física de Cantabria (IFCA): Guillelmo Gómez-Ceballos (actualmente coordinador de dichos trabajos en la colaboración CDF), Jónatan Piedra, Iván Vila (uno de los coordinadores del detector de tiempo de vuelo del experimento CDF) y Alberto Ruiz (Jefe del Grupo de Física de Partículas Elementales del IFCA).

La partícula analizada está compuesta de un quark y un antiquark. Es capaz de transformarse en su correspondiente antipartícula y viceversa, en un baile de materia-antimateria de frecuencia casi 3 billones de veces por segundo. La observación de dicho comportamiento permite avanzar en el estudio de las incógnitas existentes en el comportamiento íntimo de la Naturaleza y de la evolución del Universo. De acuerdo con el modelo más aceptado, el Universo inicial estaría formado por la misma cantidad de materia y antimateria, que se aniquilaba continuamente produciendo energía, la cual, a su vez, formaba nuevamente igual cantidad de materia que de antimateria. Sin embargo, las observaciones actuales, tanto en la Tierra como mediante experimentos en el espacio, indican que el Universo actual está casi exclusivamente formado por materia. La antimateria se produce en colisiones de muy alta energía, en los aceleradores o en las colisiones de radiación cósmica con los átomos de la atmósfera. Normalmente, materia y antimateria se aniquilan mutuamente produciendo una gran cantidad de energía. Pero, en algunos casos, como el aquí descrito, las partículas pueden oscilar entre materia y antimateria.

La observación de la oscilación de dicha partícula Bs servirá para profundizar en el conocimiento de las fuerzas fundamentales que rigen el comportamiento del Universo, en particular para predecir la existencia o no de nuevas partículas de muy alta masa, cómo las partículas supersimétricas. Este estudio, junto con la búsqueda del llamado bosón de Higgs, constituye uno de los aspectos más importantes en el programa científico del nuevo acelerador que se está instalando en el CERN (Ginebra), con participación, asimismo, de científicos del IFCA.

Los resultados observados van a ser publicados en la prestigiosa revista Physical Review Letters y han sido recientemente presentados a la comunidad científica en Chicago y en el Congreso FPCP de Vancouver (en este caso por parte del Dr. Guillelmo Gómez-Ceballos). Son consecuencia de más de cinco años de trabajo exhaustivo, en los que, entre otros resultados, el Dr. Jónatan Piedra leyó recientemente su Tesis Doctoral, dirigida por los Drs. Iván Vila y Alberto Ruiz.

Gráfica oficial con el resultado obtenido de la frecuencia de oscilación

Investigadores Alberto Ruiz, Guillelmo Gomez-Ceballos, Jonatan Piedra, Iván vila

El detector CDF, en Fermilab

Para más información, contactar con:

Alberto Ruiz JimenoJefe del Grupo de Física de Altas Energías

Instituto de Física de Cantabria

(e-mail: ruiz at ifca.unican.es; Teléfono942-201455)