Detectan efímeros átomos de antimateria en una legendaria prueba láser

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Los investigadores del CERN, el laboratorio europeo de física de partículas a las afueras de Ginebra, consiguieron adaptar un láser ultravioleta para detectar antihidrógeno, la antimateria homóloga contraria del hidrógeno. Lograron medir la frecuencia de luz necesaria para sobreacelerar un positrón (un antielectrón) de su nivel de energía más bajo al siguiente nivel, y no llegaron a encontrar ninguna discrepancia entre la correspondiente transición de energía y la que ocurriría con el hidrógeno ordinario.

(Imagen ampliable) Ilustración del hidrógeno y el antihidrógeno. Imagen: Berkeley

Este resultado nulo sigue resultando emocionante para los investigadores que han estado trabajando durante décadas en la espectroscopia de antimateria, el estudio de cómo la luz es absorbida y emitida por la antimateria. La esperanza es que este campo pueda proporcionar una nueva prueba sobre la simetría fundamental de las leyes conocidas de la física, llamada simetría CPT (carga-paridad-tiempo).

La simetría CPT predice que los niveles de energía tanto en la antimateria como en la materia deben ser los mismos. Incluso la más pequeña violación de esta norma obligaría a replantearse desde cero el modelo estándar de la física de partículas.

Randolf Pohl, espectroscopista de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz, Alemania, apenas podía contener su emoción. “Wow”, dijo a Nature en un correo electrónico. “Después de todos estos años, estos chicos finalmente han logrado hacer espectroscopía óptica en antihidrógeno. Este es un hito en la investigación de átomos exóticos”.

“Es sorprendente que se pueda controlar la antimateria hasta el punto de hacer esto posible”, dice Michael Peskin, físico teórico del Laboratorio Nacional de Aceleración SLAC en Menlo Park, California, Estados Unidos.

Antihidrógeno frío

(Imagen ampliable) El experimento para la antimateria ALPHA en CERN ha medido una transición de energía en el antihidrógeno. Imagen: CERN

El estudio de la antimateria es extremadamente difícil, porque se aniquila cuando entra en contacto con la materia ordinaria. En 2010, la colaboración ALPHA del CERN demostró cómo mantener el antihidrógeno en una trampa magnética, y desde entonces, han estado trabajando para estudiar sus interacciones con la luz.

Cada 15 minutos aproximadamente, el grupo ALPHA puede producir alrededor de 25.000 átomos de antihidrógeno. Para hacerlos, los físicos combinan positrones, emitidos por una sustancia radiactiva, con antiprotones, producidos por un acelerador de partículas y luego ralentizados y enfriados. [Esperemos que logren estabilizar la producción para la construcción de la propulsión con antimateria de la que hablamos no hace mucho aquí.]

La mayoría de estos átomos están demasiado ‘calientes’ (se mueven demasiado rápido) y en un estado de energía demasiado alto como para poder realizar estudios de espectroscopia. Así que los investigadores deben dejarlos escapar de la trampa magnética, dejando sólo un puñado de átomos de antihidrógeno de energía más lentos y de menor energía. Perfeccionar esta técnica requirió años, explica el portavoz de ALPHA, Jeffrey Hangst. “Producir antihidrógeno es relativamente fácil; producir antihidrógeno frío es realmente difícil”, comenta.

Finalmente, el equipo de ALPHA fue capaz de ver si, al dirigir un láser en una frecuencia particular, los átomos de antihidrógeno actúan como sus homólogos de hidrógeno. El grupo dice que, en efecto, lo hacen: la transición de energía es coherente con una precisión de 2 partes en 10 mil millones, según informaron en la revista Nature.

“Que pongas tanto esfuerzo en algo, y que finalmente triunfe. Casi no hay palabras para describirlo”, dice Hangst.

Tras esto, los investigadores esperan investigar el antihidrógeno con una amplia gama de energías de láser. Esto podría proporcionar una prueba más estricta de la equivalencia materia-antimateria y de la simetría CPT.

Muchas teorías, como puede ser la teoría de cuerdas, que se aventuran más allá del modelo estándar al combinar la gravedad con las otras tres fuerzas fundamentales de la física subatómica, implican algún tipo de violación del CPT, dice Peskin. “Por lo tanto, no está en absoluto claro que CPT represente la verdadera simetría de la naturaleza”, dice.

Otros dos experimentos en el CERN (ATRAP y ASACUSA) se encuentran compitiendo con ALPHA para medir la espectroscopia de antimateria. Gerald Gabrielse, líder de ATRAP y físico de la Universidad de Harvard en Cambridge, Massachusetts, dice que él propuso primero, hace casi 30 años, medir esa transición de energía particular en el antihidrógeno que el equipo de ALPHA ha reportado. “Comenzamos diez años antes y llegaron a este resultado primero”, dice. “Felicidades para ALPHA.”

Articulo original publicado en Nature. Revisado y traducido por ¡QFC!

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2017-01-19T14:39:33+00:00