Matter Of Mystery: Antimatter Beam Podría Ayudar A Resolver El Rompecabezas De La Física

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Un nuevo experimento que, por primera vez, crea un haz de átomos de antihidrógeno, podría ayudar a los científicos a comprender por qué la antimateria es tan escasa en el universo.

Un nuevo experimento en un laboratorio de física suizo, por primera vez, ha producido con éxito una corriente de átomos de hidrógeno de antimateria que podrían ayudar a responder una pregunta fundamental de la física.

El nuevo logro, que se detalla hoy (21 de enero) en la revista Nature Communications, acerca a los científicos a comprender por qué los humanos, las estrellas y el universo están hechos de materia, en lugar de su extraña prima, la antimateria.

"Es una de las preguntas fundamentales de la física: simplemente no sabemos por qué existimos", dijo el coautor del estudio Stefan Ulmer, físico del instituto de investigación científica RIKEN en Japón.

La nueva demostración permitirá mediciones más precisas que luego podrían comenzar a responder esa pregunta. [Los 9 mayores misterios sin resolver en la física]

El misterio importa

Toda la materia tiene sus contrapartes de antimateria: partículas con la misma masa, pero con cargas opuestas y espín magnético. Cuando la materia y la antimateria chocan, se aniquilan y forman energía. En experimentos de laboratorio, la materia y la antimateria se crean en cantidades iguales, dijo Ulmer.

Pero el universo está hecho de materia.

"En una escala cosmológica, nunca observamos antimateria en el universo, como galaxias o estrellas de antimateria", dijo Ulmer a WordsSideKick.com.

Entonces, si la antimateria se crea con la misma frecuencia que la materia y se comporta de manera idéntica, ¿por qué hay tan poca cantidad?

Hay varias formas de explicar esta discrepancia. Una posibilidad es que la simetría materia / antimateria, o la idea de que los dos tipos de materia tienen la misma masa pero las cargas y giros opuestos, no son válidos. Otra posibilidad es que al principio existía un poco más de materia, hace unos 13.800 millones de años, cuando el Big Bang formó el universo. Como resultado, casi toda la antimateria fue aniquilada, dejando sobre todo la materia. Pero los físicos no ven por qué habría habido más materia que antimateria en el Big Bang, dijo Ulmer.

Rayo de antimateria

Para comprender este enigma, los científicos esperan poder probar la simetría entre la materia y sus socios antimateria con una precisión increíblemente alta. La simetría, uno de los principios fundamentales del modelo reinante de la física, predice que estas partículas deberían comportarse de manera idéntica.

Sin embargo, crear partículas de antimateria no es una tarea fácil.

Para hacerlo, Ulmer y sus colegas que trabajan en el Antiproton Decelerator en el CERN, la organización de física con sede en Ginebra que opera grandes aceleradores subterráneos, antielectrones mixtos (o positrones) con antiprotones para formar moléculas de antihidrógeno. Debido a que el hidrógeno es el más simple y uno de los átomos mejor entendidos, el estudio de su compañero de antimateria podría ser útil para revelar cualquier violación de simetría entre la materia y la antimateria.

Luego, el equipo usó poderosas trampas magnéticas para fijar los átomos de antihidrógeno el tiempo suficiente para estudiar sus propiedades (así como para mantenerlos alejados de la materia que podría aniquilarlos). Sin embargo, por lo general, los campos magnéticos cambian las características espectroscópicas, la frecuencia y las longitudes de onda de la energía, emitidas por las antipartículas.

Así que el equipo usó una trampa magnética que obligó a las partículas de antimateria a fluir más hacia abajo de los campos magnéticos, reduciendo la distorsión causada por el campo magnético. Hasta ahora, el equipo ha producido 80 partículas de antihidrógeno que podrían medirse en vuelo a 8.9 pies (2.7 metros) de las fuertes trampas magnéticas donde se produjeron. (Si bien los átomos de antihidrógeno se han atrapado y medido anteriormente, esta es la primera vez que se produce y se mide un rayo lejos de la trampa magnética, según los investigadores).

Los nuevos resultados allanan el camino para mejores mediciones espectroscópicas de la estructura hiperfina, o cambios en los niveles de energía, en los átomos de antihidrógeno. Los científicos ya han medido esta propiedad en los átomos de hidrógeno con una precisión increíblemente alta, por lo que encontrar alguna ligera diferencia en los espectros de antihidrógeno podría revelar una nueva física, dijo Ulmer.

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