La simetria trencada en les partícules subatòmiques (Nambu, Kobayashi, Maskawa – Premi Nobel de Física 2008)

Si ahir comentàvem la divisió asimètrica del Premi Nobel de Medicina 2008, la mateixa configuració ha adoptat el Premi Nobel de Física. La primera part del premi ha estat atorgada a Yoichiro Nambu, “per la descoberta del mecanisme de simetria trencada en la física subatòmica”. La segona part l’hauran de sub-compartir Makoto Kobayashi i Toshihide Maskawa, “per la descoberta de l’origen del trencament de simetria que prediu l’existència de si més no tres famílies de quarks en la natura”. Es tracten, doncs, de recerques històriques en el camp de la física de partícules. Un premi que arriba en mig del llençament, un xic problemàtic, del gran col·lisor d’hadrons (LHC).

Yoichiro Nambu

Yoichiro Nambu va néixer el 1921, a Tòkio. Es doctorà en ciències a la Universitat de Tòkio el 1952. Més tard es traslladà als Estats Units, on obtingué la ciutadania, i ha desenvolupat el gruix de la seva carrera científica. En l’actualitat continua vincular, com a emèrit amb l’Institut Enrico Fermi de la Universitat de Chicago.

Makoto Kobayashi

Makoto Kobayashi (*Nagoya, 1944) es va doctorar a la Universitat de Nagoya el 1972. En l’actualitat és professor emèrit de l’Organització de Recerca de l’Accelerador d’Alta Energia (KEK) de Tsukuba.

Toshihide Maskawa

Toshihide Maskawa (*1940) es va doctorar a la Universitat de Nagoya el 1967. És professor emèrit de l’Institut Yukawa de Física Teòrica (YITP) de la Universitat de Kyoto.

El concepte de simetria en la física de partícules

El programa històric de la física de partícules ha estat trobar la partícula fonamental de tota la realitat material (la qual cosa inclou allò que habitualment denominem com a “matèria” i com a “energia” o “radiació”). La teoria atòmica moderna de Dalton fou la primera fita d’aquest programa (1808). Però d’àtoms diferents n’hi ha més d’un centenar (els elements químics). Al llarg del segle XX hom ha descobert i estudiat partícules subatòmiques. Els àtoms són integrats per protons, neutrons i electrons. Alhora, però, a partir dels anys 1930 hom començà a parlar d’un autèntic zoo de partícules subatòmiques. L’actual model estàndard de la física de partícules ens ofereix un quadre una mica més senzill. Però com l’hem d’interpretar?

Les partícules del model estàndard

Una de les eines per entendre el quadre de partícules fonamentals és la simetria. Cada partícula podria ser descrita a partir d’una sèrie de nombres. Però si la simetria regna en el món de les partícules fonamentals, com s’explica l’asimetria que regna en l’univers macroscòpic:

– per què els àtoms són fets de protons, neutrons i d’electrons, i no pas fets d’antiprotons, antineutrons i antielectrons? Hom pensa que inicialment (Big Bang) devia haver la mateixa quantitat de “matèria” que d’“antimatèria”. Però si hi hagués hagut la mateixa quantitat exacta d’una i de l’altra, l’anihilació matèria-antimatèria les hauria consumit. De fet, hom creu que hi havia una petita desviació quantitativa (de l’ordre 1 partícula de més per cada 1010 antipartícules) que va permetre la supervivència de matèria després dels processos d’anihilació.

– per què existeix una espècie de sageta temporal? És a dir per què podem recordar el passat però únicament conjecturar el futur? Per què els sistemes tancats tendeixen a augmentar la seva entropia (el seu grau de desordre)? Per què l’univers s’expandeix per comptes de contreure’s?

– etc.

Aquestes simetries poden resumir-se en l’acrònim CPT: càrrega (positiva/negativa)-paritattemps.

Ja en 1960, Yoichiro Nambu formulava una descripció matemàtica de la simetria trencada en la física de partícules elementals. La seva visió contribuí a la construcció del model estàndard de les partícules elementals (iniciat per Steven Weinberg el 1967). Aquest model sistematitza els elements integradors de la matèria (quarks i leptons), de l’energia nuclear forta (gluons), de l’energia nuclear feble (bosons W i Z) i de l’energia electromagnètica (fotons). Hi ha dues qüestions, però, que escapen encara a aquest model: la interacció gravitatòria i la natura de l’energia fosca i la matèria fosca que semblen dominar l’estructura de l’espai-temps del nostre univers.

Paral·lelament a les aportacions teòriques de Nambu, ja a mitjans dels 1960 dades experimentals assenyalaven fenòmens que es podrien explicar pel trencament de la simetria CP entre partícules fonamentals. El 1972, Makoto Kobayashi i Toshihide Maskawa oferiren una explicació teòrica per aquestes violacions de la simetria CP . L’explicació de Kobayashi i Maskawa partia del model estàndard, i de fet va realitzar una de les més importants contribucions amb l’anomenada matriu CKM. Amb el temps aquesta idea guanyà suport teòric i experimental, entre el qual destaquen les observacions fetes el 2001 en els detectors de partícules BaBar (de la Universitat de Stanford) i Belle (a Tsukuba).

Aquesta entrada ha esta publicada en General. Afegeix a les adreces d'interès l'enllaç permanent.

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *

Aquest lloc utilitza Akismet per reduir el correu brossa. Aprendre com la informació del vostre comentari és processada