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Presentan avances en el estudio de interacción hadrónica

Christian Coria
25/feb/2015

“En el IFUNAM estamos desarrollando instrumentación de alta precisión para la manipulación y transporte de haces polarizados de neutrones de baja energía”, presume la investigadora Libertad Barrón, durante su charla en el seminario Ángel Dacal y buena parte de su logro se debe a sus avances en el estudio de la llamada interacción débil hadrónica.

La interacción débil es una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza (fuerte, débil, electromagnética y gravitacional) responsable de que un núcleo se desintegre.

Para el estudio de la interacción débil hadrónica existen dos caminos: estudiar decaimientos de hadrones en los que no se conserva la extrañeza o estudiar interacciones entre nucleones donde se conserva extrañeza pero se viola la paridad.

La extrañeza es una propiedad de las partículas que describe su descomposición durante interacciones fuertes y electromagnéticas expresada como un número cuántico. En general la extrañeza no se conserva durante las interacciones débiles, razón por la cual este estudio resulta interesante.

“La interacción débil hadrónica que conserva extrañeza es quizás la única vía para estudiar corrientes neutras a bajas energías, y constituye una prueba para correlaciones quark-quark en nucleones”, explica Barrón.

Desde la década de los 60’s, cuando el físico norteamericano Murray Gell-Mann propuso la existencia de los quarks como las partículas que constituían lo que en ese entonces se pensaba como elemental (protones y neutrones), ha habido una revolución en torno a lo que se conoce en física de partículas.

Hoy se sabe que existen seis tipos de quarks (sabores) conocidos como: up, down, strange, charm, top y bottom. Y que también se presentan en tres variedades (colores, aunque en realidad se refieren a distintas cargas): rojo, verde y azul.

En general, los fenómenos observados en las interacciones donde no se conserva la extrañeza pueden ser explicados mediante simetrías de cromodinámica cuántica (QCD), teoría cuántica que describe la interacción entre quarks y gluones.

Sin embargo, los fenómenos que no pueden ser explicados mediante esta teoría abren la posibilidad de que exista un proceso dinámico no trivial que podría estar relacionado con la presencia del quark strange o podría tratarse de un proceso más general que afectaría a los quarks ligeros.

Experimentalmente, el estudio de la interacción débil hadrónica está basado en la medición de observables de violación de paridad que, aunque no es el único camino (experimentalmente), es el sector menos estudiado y menos entendido.

La paridad se refiere al cambio simultáneo en el signo (-, +) de toda coordenada espacial, se conserva en las fuerzas electromagnética, fuerte y gravitacional y se viola en la débil.

“El uso de fuentes intensas de neutrones y gammas hacen posible la determinación de estos observables” explica Libertad Barrón.

En la parte teórica es importante la implementación de la teoría de campo efectivo que consiste en incluir los grados de libertad (números de valores necesarios para determinar el estado de un sistema físico) apropiados para describir un fenómeno físico que ocurre a una escala de longitud determinada e ignora la subestructura y los grados de libertad a distancias más pequeñas.

Así, el estudio tanto teórico como experimental de “la interacción débil hadrónica sin cambio de sabor” ayuda a determinar que tanto este tipo de interacción puede ser explicada mediante simetrías QCD, y arroja luz a los enigmas del cambio de sabor.

Actualmente, la investigadora y sus estudiantes colaboran en varios experimentos que buscan medir, en sistemas de pocos nucleones, observables de violación de paridad extremadamente pequeñas (una parte por millón o menores), lo que constituye estudios de alta precisión, en la frontera de la física de alta intensidad.

Y desde hace años el grupo de Barrón en el IFUNAM está dedicado al desarrollo de instrumentación que, mediante campos magnéticos muy especiales, permite transportar y manipular el espín de los neutrones en estos experimentos.

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