¿Por qué la interacción débil viola la simetría CP?

La fuerza nuclear débil es importante en la velocidad de reacción de algunas reacciones nucleares que ocurren en estrellas.

La transformación de hidrógeno en helio produciendo deuterio, está causada por la fuerza débil. Sin esta fuerza nuestro universo sería muy diferente, un universo en tinieblas, sin estrellas ni galaxias que dieran luz.

La vida media del Sol está determinada por las características de esta fuerza.

La fuerza débil es una fuerza de corto alcance, menos de una billonésima de milímetro: 10¯¹³ mm. A una distancia mayor, la intensidad de esta fuerza ya es despreciable.

Si la fuerza débil tuviera un valor de 1, la fuerza electromagnética tendría un valor de 1.000 y la fuerza fuerte tendría un valor de 100.000 millones.

La fuerza débil es importante ya que hace posible que el Sol y las estrellas produzcan luz y energía, aunque es mucho más débil que las otras dos fuerzas nucleares.

Esta fuerza causa un tipo de desintegración radiactiva beta. Por ejemplo, la del neutrón cuando se convierte en 1 protón + 1 electrón + 1 neutrino

La interacción débil afecta a todo leptón con quiralidad zurda (la quiralidad es una propiedad dicotómica, dado que puede tener únicamente dos estados que son complementarios: "SER" o "NO SER" Quiral). Es la única fuerza que afecta a los neutrinos (excepto por la gravitación, que no se la puede evitar a escalas de laboratorio). La interacción débil es única en varios aspectos:

Es la única interacción capaz de cambiar su sabor.

Es la única interacción que viola la paridad de la simetría P (ya que sólo actúa sobre electrones, muones y tauones levógiros). También es la única que viola la simetría CP.

Es la que media entre los bosones gauge pesados. Esta característica inusual es explicada en el modelo estándar por el mecanismo de Higgs.

Debido a la gran masa de las partículas que transportan la interacción débil (cerca de los 90 GeV/c2), su vida media está limitada a cerca de 3×10¯²⁷ segundos, por el principio de incertidumbre. Incluso a la velocidad de la luz este límite efectivo del rango de la interacción débil de 10¯¹⁸ metros, cerca de mil veces más pequeña que el diámetro del núcleo atómico.

Las leyes de la naturaleza siguen siendo las mismas si se las mira con un espejo de reflexión: la inversión de todos los espacios euclidianos. Es de esperar que los resultados de un experimento observado a través de un espejo sean idénticos a los resultados en una copia de otro espejo reflejado de un aparato experimental. Esto se denomina ley de conservación de la paridad y se postula que respeta la gravitación clásica y el electromagnetismo; se asume que la ley de conservación de la paridad es una ley universal.

Sin embargo, a mediados de los años 50, Chen Ning Yang y Tsung-Dao Lee sugirieron que la interacción débil podría violar esta ley. Chien Shiung Wu y otros colaboradores descubrieron en 1957 que la interacción débil violaba la paridad.

Aunque la interacción débil suele ser descrita mediante la teoría de Fermi, una interacción de contacto de cuatro fermiones, el descubrimiento de la violación de la paridad y la teoría de renormalización sugiere que es necesario utilizar un nuevo enfoque. En 1957, Robert Marshak, George Sudarshan y posteriormente Richard Feynman y Murray Gell-Mann propusieron un V-A (vector menos un vector axial o un quiral dextrógiro) lagrangiano para interacciones débiles. En esta teoría, la interacción débil actúa sólo en las partículas derechas (y las antipartículas también). Si la reflexión del espejo de una partícula izquierda es una partícula derecha, esto explica la máxima violación de la paridad.