El espejo roto: ¿Se puede medir finalmente la violación de la paridad en las moléculas?
Los científicos proponen una forma prometedora de detectar la violación de la paridad en las moléculas por primera vez
Los científicos han intentado durante mucho tiempo demostrar experimentalmente una cierta propiedad de simetría de la interacción débil - violación de la paridad - en las moléculas. Hasta ahora, esto no ha sido posible. Un nuevo esfuerzo interdisciplinario dirigido por un grupo de investigación del Grupo de Excelencia PRISMA+ de la Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia (JGU) y del Instituto Helmholtz de Maguncia (HIM) ha mostrado ahora un camino realista para demostrar este fenómeno. El enfoque incluye aspectos de la física nuclear, de partículas elementales, atómica y molecular, así como de la resonancia magnética nuclear (RMN). "La no conservación de la paridad molecular en los acoplamientos de espín nuclear" se publica en el número actual de la revista Physical Review Research.
Ilustración esquemática de la violación de la paridad en una molécula que contiene dos giros nucleares
©: Dr. John W. Blanchard
Las simetrías son omnipresentes - tanto en el espacio como en el mundo de las moléculas, los átomos y las partículas elementales. Las cuatro fuerzas fundamentales (el electromagnetismo, la gravedad y las fuerzas nucleares fuertes y débiles) también obedecen a ciertas simetrías, quizás aparentemente abstractas. Desde el Big Bang hasta el día de hoy, las simetrías existentes se han roto repetidamente. La simetría y la ruptura de simetrías se reflejan necesariamente en los procesos y estados físicos que podemos observar.
Una de estas simetrías es la simetría de espejo (simetría con respecto a la reflexión en el espacio) - si se rompe, los investigadores hablan de violación de la paridad. Según los conocimientos actuales, la interacción débil es la única entre las cuatro fuerzas fundamentales que no parece ser simétrica al espejo: Sólo en los procesos que están sujetos a esta interacción se producen violaciones de la paridad. "Dado que la interacción débil casi no desempeña ningún papel en nuestra experiencia cotidiana -la gravedad y el electromagnetismo dominan aquí- el fenómeno de la violación de la paridad contradice nuestra idea normal y, por lo tanto, es difícil de comprender", dice el Dr. John Blanchard, autor principal del estudio. "La violación de la paridad en la interacción débil sólo se predijo teóricamente en la década de 1950 y se descubrió poco después en ciertas decadencias de partículas nucleares y elementales. Los procesos de violación de la paridad nunca se han detectado en las moléculas, aunque los cálculos teóricos predicen que deberían estar ahí. La evidencia definitiva de tales efectos sutiles es, por así decirlo, un santo grial de la física de medición de precisión".
Se han hecho muchos intentos de observar experimentalmente los efectos de la violación de la paridad en las moléculas. Un ejemplo es la interacción de los espines de diferentes núcleos atómicos en una molécula. A su vez, éstos pueden en principio ser detectados y analizados mediante métodos de resonancia magnética nuclear (RMN). Si bien el equipo de científicos ya ha desarrollado un enfoque prometedor de las moléculas quirales en un trabajo anterior, su actual publicación se centra en las moléculas simples que constan de tan sólo dos átomos. En primer lugar, identifican una variable especial de medición de la RMN (un acoplamiento específico de espín-espín) sobre la base de la cual se muestra la violación de la paridad y llevan a cabo complejos análisis teóricos para calcular el efecto esperado dentro de la molécula. Estos cálculos se llevaron a cabo en estrecha colaboración con el coautor del estudio, el profesor Mikhail G. Kozlov del Instituto de Física Nuclear de San Petersburgo (Rusia), con el que el grupo de Maguncia lleva muchos años trabajando con gran éxito.
A partir de esto, los científicos proponen un experimento especial que debería ser lo suficientemente sensible para detectar las señales calculadas: "El llamado método de RMN ZULF (de cero a campo ultra-bajo) es una técnica exótica que ya estábamos utilizando para la materia oscura con éxito", explica el Prof. Dr. Dmitry Budker, también autor del estudio. "Ofrece un sistema en el que los giros nucleares interactúan entre sí más que con un campo magnético externo. De esta manera, permite la medición directa de acoplamientos antisimétricos de espín, que se cortan en los experimentos convencionales de RMN de alto campo".
"Nuestros resultados muestran una forma elegante de investigar cuantitativamente la débil interacción en las moléculas y los núcleos atómicos", concluye el Dr. Blanchard. "Los resultados de nuestro estudio de viabilidad son muy prometedores - esperamos tener pronto la verificación experimental de la no conservación de la paridad molecular."
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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