Un reciente estudio realizado por el equipo de NA61/SHINE en el CERN ha revelado una anomalía inesperada en la producción de kaones cargados y neutros durante colisiones de átomos de argón y escandio. Este hallazgo se produce en un contexto donde se esperaba confirmar la simetría de isospin entre los quarks up y down, un principio fundamental en la física de partículas que sugiere que ambos tipos de quarks deberían comportarse de manera similar bajo ciertas condiciones.
Wojciech Brylinski, estudiante de doctorado, fue quien identificó esta discrepancia mientras analizaba datos para su tesis. Los resultados indican que los kaones cargados se produjeron un 18.4% más frecuentemente que los neutros, un desbalance que desafía las predicciones de los modelos teóricos actuales, los cuales estiman desviaciones de solo unos pocos puntos porcentuales.
Implicaciones del descubrimiento
El portavoz del NA61/SHINE en el momento del descubrimiento, Marek Gaździcki, expresó su sorpresa ante los resultados: «Al inicio, pensamos que sería una verificación trivial de la simetría». Este hallazgo no solo contradice las expectativas, sino que también invita a una profunda reflexión sobre la validez de los modelos teóricos existentes en la física de partículas.
La simetría de isospin se relaciona con la simetría de sabor, que establece que las interacciones fuertes deben tratar a todos los sabores de quarks de manera idéntica, excluyendo diferencias kinemáticas debidas a sus diferentes masas. En teoría, las colisiones de núcleos pesados deberían producir cantidades casi iguales de kaones cargados y neutros, dado que los quarks up y down tienen masas similares. Sin embargo, los datos de NA61/SHINE contradicen esta hipótesis con una significancia de 4.7σ.
Francesco Giacosa, físico teórico que colabora con NA61/SHINE, ofrece dos posibles interpretaciones a estos resultados. La primera sugiere que se podría estar subestimando el papel de las interacciones electromagnéticas en la creación de pares de quark-antiquark. La segunda implica que las interacciones fuertes podrían no obedecer la simetría de sabor, lo que contradice la comprensión actual de la cromodinámica cuántica (QCD), que describe cómo se combinan quarks y gluones, los portadores de la interacción fuerte.
Aunque la colaboración de NA61/SHINE se enfoca principalmente en estudiar la producción de hadrones en colisiones nucleares, encontrar una discrepancia en la simetría de isospin no era algo que los investigadores estaban buscando activamente. Los datos recopilados se comparten también con experimentos de neutrinos y rayos cósmicos, lo que contribuye a refinar modelos teóricos en múltiples disciplinas de la física.
De cara al futuro, el equipo planea realizar estudios adicionales utilizando diferentes proyectiles, objetivos y energías de colisión para determinar si este efecto es exclusivo de ciertas colisiones de núcleos pesados o si se trata de una característica más general de las interacciones a alta energía. Asimismo, han hecho un llamado a la comunidad de físicos teóricos para que contribuyan a desentrañar las causas de esta sorprendente asimetría.
En palabras de Giacosa, «intentamos ajustar los datos a los modelos existentes, pero no fue posible. Necesitamos más datos experimentales y más predicciones teóricas para llenar este vacío en nuestro conocimiento sobre la interacción fuerte». La comunidad científica se encuentra, por tanto, ante un desafío que podría redefinir algunos de los principios fundamentales de la física de partículas.
