Violació CP

En física de partícules, la violació CP és una violació de la simetria CP (o simetria de paritat de càrrega), que representa un paper important en cosmologia. Esta violació pot explicar, per eixemple, perqué existix més matèria que antimatèria en l'univers. La violació CP va ser descoberta en 1964 per James Cronin i Val Fitch, els qui varen rebre el Premi Nobel per este descobriment en 1980.

Simetria CP

La simetria CP es basa en la composició de la simetria C i la simetria P. La simetria C o simetria de càrrega afirma que les lleis de la Física serien les mateixes si es pogueren intercanviar les partícules en càrrega positiva en les de càrrega negativa. La simetria P o simetria de paritat diu que les lleis de la física permaneixerien inalteradas baix inversions especulares, és dir, l'univers es comportaria igual que la seua image en un espill. La simetria CP és el producte d'abdós.

l'interacció forta, la gravetat i l'electromagnetisme tenen simetria CP, pero no aixina l'interacció dèbil, la qual cosa es manifesta en certes desintegracions radiactives. És dir, el lagrangiano que descriu les interaccions forta, electromagnètica i gravitatoria són invariantes respecte a transformacions matemàtiques associades a la simetria C i la simetria P.

L'idea despuix de la simetria de paritat és que les equacions de la física de partícules són invariantes baix inversions especulares. La conseqüència d'açò és que l'image especular d'una reacció (com una reacció química o una desintegració radiactiva) ocorre al mateix ritme que la reacció original. La simetria de paritat sembla ser vàlida per a totes les reaccions que involucren interacciones electromagnètiques i fortes. Fins a 1956 es creïa que la conservació de la paritat era una de les lleis geomètriques de conservació fonamentals, junt a la conservació de l'energia i del moment llineal. No obstant, en 1956 els físics teòrics Tsung-Dao Lee i Chen Ning Yang varen portar a terme una revisió crítica de les senyes experimentals que va revelar que, encara que la conservació de la paritat s'havia verificat en desintegracions electromagnètiques i fortes, no s'havia comprovat en desintegracions dèbils. Varen propondre vàries proves experimentals directes. La primera es basava en la desintegració beta del núcleu de cobalt-60, i va ser realisada en 1956 per un grup liderat per Chien-Shiung Wu, demostrant de forma concloent que les interaccions dèbils violen la simetria P.

Lev Landau va propondre en 1957 que la verdadera simetria entre matèria i antimatèria devia ser la simetria CP, açò és, un procés en el que se substituïxquen les partícules per les seues antipartículas és equivalent a l'image especular del procés original.

Una versió més dèbil de la simetria, la simetria CPT, seria respectada per tots els processos físics. Ademés de les simetria C i P inclou la simetria T o simetria d'inversió temporal. La simetria d'inversió temporal implica que quan un moviment està permés, el moviment revers també ho està. La simetria CPT implica que una violació de la simetria CP és equivalent a una violació de la simetria T.

Violació de la simetria CP en el Model Estàndar

El Modele Estàndar permet una violació "directa" de la simetria CP si apareix una fase complexa en la matriu CKM que descriu la mescla de quarks, o en la matriu PMNS que descriu la mescla de neutrins. Una condició necessària per a que aparega esta fase complexa és l'existència d'a lo manco tres generacions de fermiones.

La raó per la que esta fase complexa dona lloc a una violació de CP no és immediatament òbvia, pero es pot vore en el següent raonament. Sean dos partícules $a$ i $b$ , i les seues antipartículas $\bar{a}$ i $\bar{b}$ . El procés $a \to b$ i el procés corresponent a les antipartículas $\bar{a} \to \bar{b}$ tenen amplitut $M$ i $\bar{M}$ respectivament. Si no hi haguera violació de CP, estes amplitut deurien ser el mateix número complejo, que es pot separar en magnitut i fase com $M = | M | e^{i θ}$ . Si la matriu CKM introduïx una fase complexa $e^{i ϕ}$ en l'amplitut $M$ , l'amplitut $\bar{M}$ conté la matriu conjugada, en lo que adquirix una fase $e^{- i ϕ}$ :

M = | M | e^{i θ} e^{i ϕ}

\bar{M} = | M | e^{i θ} e^{- i ϕ}

Les taxes de reacció físicament mesurables són proporcionals a $| M |^{2}$ , per lo que fins ara no hi ha cap diferència. No obstant, si hi ha a lo manco dos rutes de reacció (per eixemple, dos estat intermijos distinitos) para $a \to b$ , es té:

M = | M_{1} | e^{i θ_{1}} e^{i ϕ_{1}} + | M_{2} | e^{i θ_{2}} e^{i ϕ_{2}}

\bar{M} = | M_{1} | e^{i θ_{1}} e^{- i ϕ_{1}} + | M_{2} | e^{i θ_{2}} e^{- i ϕ_{2}}

En lo que s'obté:

| M |^{2} - | \bar{M} |^{2} = 4 | M_{1} | | M_{2} | \sin (θ_{1} - θ_{2}) \sin (ϕ_{1} - ϕ_{2})

Per lo tant, l'existència d'una fase complexa dona lloc a processos que ocorren a diferents ritmes per a partícules i antipartículas, i es viola la simetria CP.

Observacions experimentals

Violació indirecta de CP

En 1964, James Cronin, Val Fitch i colaboradors varen trobar evidències clares de la violació de CP en estudiar la desintegració de kaones.^[1] Gràcies a este treball^[2] varen guanyar el Premi Nobel de física en 1980. Este descobriment va demostrar que les interaccions dèbils no solament violaven la simetria de conjugació de càrrega C i la simetria de paritat P, també la combinació d'abdós.

La violació de CP descoberta en 1964 es deu al fet de que els kaones neutres es poden transformar en els seus antipartículas (en la que cada quark se substituïx pel seu antiquark) i viceversa, pero estes transformacions no ocorren en la mateixa provabilitat. Açò es coneix com a violació indirecta de CP.

Violació directa de CP

Archiu:Kaon-box-diagram-alt.svg

Estos dos diagrames de Feynman proporcionen les contribucions de primer orde a l'amplitut de l'oscilació de Plantilla:Subatomic particle-Plantilla:Subatomic particle.

A pesar de moltes busques, no es va descobrir cap nova manifestació de la violació de CP fins a la década de 1990, quan l'experiment NA31 del CERN va sugerir evidències de la violació directa de CP en el procés de desintegració de kaones neutres. Els resultats varen ser alguna cosa controvertits, i la prova final va aplegar en 1999 de l'experiment KTeV de Fermilab^[3] i l'experiment NA48 del CERN.

En 2001, una nova generació d'experiments, que inclouen l'experiment BaBar en el Stanford Linear Accelerator Center (SLAC)^[4] i l'Experiment Belle en el KEK^[5] de Japó, va observar violació directa de CP en la desintegració de posades B. Actualment es coneix un gran número de processos que violen CP en les desintegracions de posades B.

En 2011, l'experiment LHCb del CERN va informar d'indicis de violació de CP en la desintegració de posades D neutres, amprant 0.6 fb⁻¹ de les senyes del Run 1.^[6] No obstant, la mateixa mida amprant la mostra completa de 3.0 fb⁻¹ senyes del Run 1 era compatible en la simetria CP.^[7]

En 2013 LHCb va anunciar el descobriment de violació de CP en la desintegració de posades B estranys,^[8] confirmat en 2015 pels experiments BaBar i Belle.^[9]

En març de 2019, LHCb va anunciar el descobriment d'una violació de CP en decaigudes de quarks charm $D^{0}$ en una desviació zero de 5,3 desviacions estàndar.^[10]

En 2020, la colaboració T2K va informar per primera volta d'indicis de violació de CP en leptones.^[11] En este experiment, els fas de neutrins muónicos (Plantilla:SubatomicParticle) i antineutrins muónicos (Plantilla:SubatomicParticle) varen ser produïts alternativament per un accelerador. En el moment en que varen aplegar al detector, es va detectar una proporció significativament major de neutrins electrònics (Plantilla:SubatomicParticle) dels fas Plantilla:SubatomicParticle, que els antineutrins electrònics (Plantilla:SubatomicParticle) dels fas Plantilla:SubatomicParticle. Els resultats encara no eren lo suficientment precisos per a determinar el tamany de la violació de CP, en relació en l'observada en els quarks.

Vore també

Bibliografia

Asimov, Isaac (2005). L'electró és esquerrer i atres ensajos científics, Aliança. ISBN 8420677310.

Referències

↑ The Fitch-Cronin Experiment
↑ “Evidence for the 2π Decay of the KPlantilla:La seua Meson System” (1964). Physical Review Letters 13: 138. doi:10.1103/PhysRevLett.13.138. Bibcode: 1964PhRvL..13..138C.
↑ “Observation of Direct CP Violation in K_S,L→ππ Decays” (1999). Physical Review Letters 83: 22. doi:10.1103/PhysRevLett.83.22. Bibcode: 1999PhRvL..83...22A.
↑ “Measurement of CP-Violating Asymmetries in B⁰ Decays to CP Eigenstates” (2001). Physical Review Letters 86: 2515. doi:10.1103/PhysRevLett.86.2515. Bibcode: 2001PhRvL..86.2515A.
↑ “Observation of Large CP Violation in the Neutral B Meson System” (2001). Physical Review Letters 87. doi:10.1103/PhysRevLett.87.091802. Bibcode: 2001PhRvL..87i1802A.
↑ Plantilla:Cite arXiv
↑ “Measurement of CP asymmetry in D⁰→K⁺K⁻ and D⁰→π⁺π⁻ decays” . JHEP 7. doi:10.1007/JHEP07(2014)041. Bibcode: 2014JHEP...07..041A.
↑ http://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.110.221601
↑ http://authors.library.caltech.edu/61145/2/1505.04147v2.pdf
↑ http://cds.cern.ch/record/2668357
↑ “Constraint on the matter-antimatter symmetry-violating phase in neutrí oscillations” . Nature 580 (7803): 339-344. doi:10.1038/s41586-020-2177-0.

Referències

Este artícul conté una traducció derivada de «Violación CP» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.

[FCE-1] The Fitch-Cronin Experiment

[FC1964-2] “Evidence for the 2π Decay of the KPlantilla:La seua Meson System” (1964). Physical Review Letters 13: 138. doi:10.1103/PhysRevLett.13.138. Bibcode: 1964PhRvL..13..138C.

[3] “Observation of Direct CP Violation in K_S,L→ππ Decays” (1999). Physical Review Letters 83: 22. doi:10.1103/PhysRevLett.83.22. Bibcode: 1999PhRvL..83...22A.

[4] “Measurement of CP-Violating Asymmetries in B⁰ Decays to CP Eigenstates” (2001). Physical Review Letters 86: 2515. doi:10.1103/PhysRevLett.86.2515. Bibcode: 2001PhRvL..86.2515A.

[5] “Observation of Large CP Violation in the Neutral B Meson System” (2001). Physical Review Letters 87. doi:10.1103/PhysRevLett.87.091802. Bibcode: 2001PhRvL..87i1802A.

[6] Plantilla:Cite arXiv

[7] “Measurement of CP asymmetry in D⁰→K⁺K⁻ and D⁰→π⁺π⁻ decays” . JHEP 7. doi:10.1007/JHEP07(2014)041. Bibcode: 2014JHEP...07..041A.

[8] ttp://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.110.221601

[9] ttp://authors.library.caltech.edu/61145/2/1505.04147v2.pdf

[10] ttp://cds.cern.ch/record/2668357

[11] “Constraint on the matter-antimatter symmetry-violating phase in neutrí oscillations” . Nature 580 (7803): 339-344. doi:10.1038/s41586-020-2177-0.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]