CP Violation

Quan em pregunten de què treballo no tinc una resposta fàcil. Puc dir que sóc físic, físic de partícules concretament; però sempre m'acaben dient: 'I això, què és? Què fas exactament?'. I alguna cosa els intento explicar. Ahir, afortunadament, vaig acabar el capítol de teoria de la meva tesi, i ara em sento amb ganes d'explicar de forma breu i clara alguna cosa sobre la física de partícules.

Un tema fonamental en la física de partícules és la 'Violació de CP', o el que és el mateix: diferències entre matèria i antimatèria. Per què és important? us preguntareu... A l'inici, l'univers era tot energia i ara està fet de matèria i no d'antimatèria. Si tenim en compte que l'energia es pot convertir en una parella partícula-antipartícula, alguna cosa devia passar perquè es produís més matèria que antimatèria (per això nosaltres existim!). Això és el que la violació de CP intenta explicar. D'on ve aquest nom? CP es refereix a Càrrega i Paritat: La Paritat (P) fa referència a la 'imatge a través d'un mirall' d'una partícula -algunes propietats (com l'helicitat) són diferents quan te les mires per un mirall-, la Càrrega (C) elèctrica també diferencia una partícula de la seva antipartícula. Així, si sobre una partícula fas una transformació de CP (canvies la càrrega i te la mires per un mirall) obtens l'antipartícula i viceversa. Quan hi ha una violació de CP és quan hi ha asimetries entre la matèria i l'antimatèria sota transformacions de CP (per exemple: més antipartícules es convertiran en partícules que partícules en antipartícules).

Hi ha tres tipus de 'Violació de CP', o tres formes diferents d'observar diferències entre matèria i antimatèria. Avui n'explicaré una: la 'Directa' o 'Violació de CP en el decaïment'. Aquesta ens diu que el decaïment (o 'desintegració') d'una partícula a dues (o més) partícules és diferent del decaïment de la seva antipartícula. Un exemple el podem trobar en els resultats obtinguts fa poc pel detector LHCb, entre el decaïment del B0 que passa a ser K+ pi- i de la seva antipartícula, l'anti-B0, que es converteix en K- pi+. Al gràfic de sota es pot veure el nombre de B0 (esquerra) i anti-B0 (dreta) reconstruides a partir de les seves filles (kaons i pions) sota les mateixes condicions. Es veu clarament (mirant l'altura dels pics) que el nombre d'anti-B0 és inferior al de B0. Aquesta asimetria entre la quantitat de matèria (B0) i d'antimatèria (anti-B0) és una violació de CP.

Concretament, a l'histograma es pot veure el nombre de decaïments (eix Y) del B0 a K+ pi- (o de l'anti-B0 a K- pi+ a la dreta) amb un certa massa (eix X). El màxim del pic correspon a la massa del B0, o de l'anti-B0, que és la mateixa. Pel que fa als colors, el vermell representa la 'senyal', o sigui els autèntics decaïments de B0 a K pi; el blau correspon a l'ajust total, on es té en compte totes les contribucions incloent-hi el 'soroll' (o 'background') que són altres esdeveniments similars que han passat la nostra selecció però que en cap cas corresponen a successos del tipus B0 a K pi i que estan representats pels altres colors. Així doncs, l'asimetria es veu quan comparem els dos pics vermells, ja que el B0(esquerra) decau més cops que l'anti-B0(dreta).