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Superordenador IBM para probar la relación materia-antimateria

Actualidad Informática. Simulación física de partículas con IBM Blue Gene. Rafael Barzanallana

Las rupturas son a menudo desordenada, y en la división de las partículas subatómicas, las partículas hijas no son una excepción. Ahora la capacidad de simular un famoso decaimiento de partícula podría ayudar a responder a una de las cuestiones más candentes en la física: por qué el universo parece contener más materia que antimateria.

De acuerdo a nuestra imagen actual, el Big Bang produjo partículas y antipartículas en cantidades iguales, la mayoría de las cuales  se aniquilaron mutuamente para liberar energía. En algún momento, algún factor desconocido ha llevado a  la existencia de más partículas que antipartículas.

Una pista de lo que esto podría ser  surgió en 1964, cuando James Cronin y Val Fitch,  en la Universidad de Chicago, observaron partículas subatómicas llamadas kaones, decaer en dos piones, otro tipo de partículas.

Creemos que la antimateria es como una copia exacta de la materia, pero a la inversa, con ciertas propiedades – por ejemplo, la antipartícula de una partícula cargada tiene la carga opuesta. Sin embargo, en la descomposición de Fitch y Cronin observaron que  la antimateria deben diferir en algún otro modo fundamental. Ese es el tipo de asimetría necesaria para explicar el  puzzle más  grande de materia-antimateria, y en 1980, la pareja ganó el premio Nobel de Física.

La comprensión de las interacciones que participan en este decaimiento del kaón ha demostrado ser difícil, sin embargo. Un mecanismo teórico de la decadencia existe, pero nadie podía saber si sus predicciones estaban a la altura de las observaciones experimentales.

Ahora un equipo de investigadores del Reino Unido, EE.UU. y Alemania han utilizado el superordenador IBM BlueGene / P  del Laboratorio Nacional Argonne en Illinois, además de otras supercomputadoras, para simular un kaon decaer en dos piones, por primera vez.

El equipo utilizauna técnica llamada celosía QCD para simular una región del espacio a través de cinco femtometros, en la que cientos de interacciones entre quarks y gluones que llevan la fuerza, se llevará a cabo. «El resultado es una especie de enjambre de todos los diferentes tipos de partículas, antipartículas y  gluones», dice el miembro del equipo de Norman Christ de la Universidad de Columbia en Nueva York.

El equipo comenzó mediante la simulación de un kaon compuesto por un quark down y un antiquark extraño, y luego cambió a éste en un quark abajo. El modelo estándar de física de partículas, dice que este cambio se debe generar dos pares quark-antiquark necesarias para hacer dos piones. A continuación, el equipo hace la simulación de los piones, que permita calcular la probabilidad de que efectivamente se produjo por el Kaon. Después de 281 días de tiempo en la computadora, el resultado fue un valor para la probabilidad de que el kaon decaería en dos piones, que coincide con las mediciones experimentales (arxiv.org/abs/1111.1699).

«Este es un cálculo que no podíamos siquiera hemos tocado sin este superordenador», dice Christ. Sin embargo, el trabajo, que será publicado en Physical Review Letters, no explica del todo la asimetría materia-antimateria a apuntalar la decadencia kaon. Eso requerirá una simulación más complicada en una supercomputadora más potente. Si eso está de acuerdo con el experimento también puede significar que el modelo estándar, que abarca todas las partículas y fuerzas conocidas, pero es casi seguro que incompleto, es suficiente para explicar el enigma de materia-antimateria.

Aaron Roodman del SLAC National Accelerator Laboratory, en Palo Alto, California, quien no estuvo involucrado en el trabajo, dice que cualquier desajuste todavía puede revelar la necesidad de una nueva física. «Si no están de acuerdo, entonces puede ser que tengamos algo nuevo».

Fuente: NewScientist

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