Ruptura de simetría mayor de lo esperado entre quarks u y d

Los quarks son un grupo de partículas fundamentales que difieren en cuanto a sus masas y cargas. Los dos quarks más ligeros, que reciben los nombres de quark u y quark d, forman los protones y los neutrones. Los otros quarks son muy inestables y esencialmente solo se les puede estudiar en experimentos de física subatómica en los que se logra crearlos y hacer que existan durante un instante fugaz. Se cree que fueron relativamente abundantes en el Big Bang (la “explosión” colosal con la que nació el universo), aunque se desintegraron al cabo de muy poco tiempo, en fracciones de segundo. En la naturaleza no hay quarks aislados de manera estable; siempre forman parte de conjuntos.

Unos resultados sorprendentes obtenidos por la Colaboración NA61/SHINE en el Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN), ubicado en un extenso terreno en la frontera francosuiza, revelan una anomalía que podría apuntar a la existencia de aspectos hasta ahora insospechados sobre cómo los quarks y los gluones se combinan.

Los gluones son partículas mediadoras de la interacción nuclear fuerte, una de las interacciones fundamentales en la naturaleza.

A finales de 2023, Wojciech Brylinski estaba analizando datos de la colaboración NA61/SHINE en el CERN para su tesis cuando observó una anomalía inesperada: un desequilibrio sorprendentemente grande entre los kaones cargados y los kaones neutros en colisiones argón-escandio. Descubrió que, en vez de producirse en cantidades aproximadamente iguales, los kaones cargados se producían un 18,4% más a menudo que los neutros.

Esto sugería que la llamada “asimetría de isospín” entre quarks u y quarks d podría romperse más de lo esperado debido a las diferencias en sus cargas eléctricas y masas, una discrepancia que los modelos teóricos existentes tendrían dificultades para explicar. Las fuentes conocidas de asimetría de isospín solo predicen desviaciones de un tanto por ciento minúsculo.

Análisis posteriores realizados por la Colaboración NA61/SHINE han confirmado la anomalía, lo cual plantea un enigma de difícil resolución.

Parte del equipamiento empleado en los experimentos a partir de los cuales se ha hecho el hallazgo. (Foto: CERN)

“Veo dos formas de interpretar los resultados”, resume Francesco Giacosa, físico teórico que trabaja en la Colaboración NA61/SHINE. "En primer lugar, podríamos estar subestimando sustancialmente el papel de las interacciones electromagnéticas en la creación de pares quark-antiquark. En segundo lugar, estos resultados podrían significar que las interacciones fuertes no obedecen a la simetría de sabores. Si esto es cierto, ello entraría en conflicto con las nociones actuales sobre la cromodinámica cuántica (QCD).

Se llama “sabor” de un quark a uno de los rasgos por los cuales se les puede clasificar. Los quarks u son de un sabor distinto al que tienen los quarks d.

La QCD trata sobre cómo se combinan los quarks y los gluones. (Fuente: NCYT de Amazings)