Se producen y atrapan átomos de antimateria en el CERN

El experimento ALPHA del CERN. Crédito: CERN

El experimento ALPHA del CERN ha dado un paso adelante importante en el desarrollo de técnicas para comprender unas de las cuestiones abiertas sobre el universo: ¿hay diferencia entre materia y antimateria? En un artículo publicado hoy en Nature, la colaboración demuestra que ha producido y atrapado con éxito átomos de antihidrógeno.

Este desarrollo abre el camino a nuevas formas de hacer medidas detalladas de antihidrógeno, el cual, a su vez, permitirá a los científicos comparar materia y antimateria.

La antimateria – o la carencia de la misma – sigue siendo uno de los mayores misterios de la ciencia. La materia y su homólogo son idénticos excepto por la carga opuesta, y se aniquilan cuando se encuentran. En el Big Bang, materia y antimateria deberían haberse producido en cantidades iguales. Sin embargo, sabemos que nuestro mundo está hecho de materia: la antimateria parece hacer desaparecido. Para descubrir qué ha pasado con ella, los científicos emplean una variedad de métodos para investigar si alguna diminuta diferencia entre las propiedades de materia y antimateria podría indicar alguna explicación.

Uno de estos métodos es tomar uno de los sistemas de la física mejor conocidos, el átomo de hidrógeno, que consta de un protón y un electrón, y comprobar si su homólogo de antimateria, el antihidrógeno, que consta de un antiprotón y un positrón, se comporta de la misma forma. El CERN es el único laboratorio del mundo con una instalación dedicada a antiprotones de baja energía, donde se llevó a cabo esta investigación.

El programa de antihidrógeno se remonta muy atrás en el tiempo. En 1995, se produjeron artificialmente los primeros nueve átomos de antihidrógeno en el CERN. Luego, en 20010, los experimentos ATHENA y ATRAP demostraron que era posible producir antihidrógeno en grandes cantidades, abriendo la posibilidad de llevar a cabo estudios detallados. Los resultados de ALPHA son el último paso en este camino.

Los átomos de antihidrógeno se producen en un vacío en el CERN, pero, no obstante, están rodeados por materia común. Debido a que la materia y la antimateria se aniquilan al encontrarse, los átomos de antihidrógeno tienen una esperanza de vida muy corta. Ésta puede extenderse, sin embargo, usando potentes y complejos campos magnéticos para atraparlos y de esta forma evitar que entren en contacto con la materia.

El experimento ALPHA ha demostrado que es posible detener el movimiento de los átomos de antihidrógeno durante una décima de segundo: más que suficiente para estudiarlos. De los muchos miles de antiátomos que ha generado el experimento, el último artículo de ALPHA informa de que 38 han sido atrapados lo suficiente como para ser estudiados.

“Por razones que aún no comprendemos, la naturaleza descarta la antimateria. Por esto es muy reconfortante, y un poco asombroso, mirar al dispositivo ALPHA y sabes que contiene átomos neutrales y estables de antimateria”, dice Jeffrey Hangst de la Universidad de Aarhus en Dinamarca, portavoz de la colaboración ALPHA. “Esto nos inspira para trabajar más duro y ver si la antimateria guarda algún secreto”.

En otro desarrollo reciente en el programa de antimateria del CERN, el experimento ASACUSA ha demostrado una nueva técnica para producir átomos de antihidrógeno. En un artículo que aparecerá pronto en la revista Physical Review Letters, la colaboración informa del éxito en la producción de antihidrógeno en lo que se conoce como trampa Cusp, un precursor básico para crear un haz. ASACUSA planea desarrollar esta técnica hasta el punto en el que haces de suficiente intensidad sobrevivan lo suficiente para ser estudiados.

“Con dos métodos alternativos para producir, y finalmente estudiar antihidrógeno, la antimateria no será capaz de esconder sus propiedades durante mucho tiempo más”, dice Yasunori Yamazaki del centro de investigación RIKEN en Japón y miembro de la colaboración ASACUSA. “Aún queda un camino por recorrer, pero estamos contentos de ver lo bien que funcionan estas técnicas”.

“Estos son pasos significativos en la investigación en antimateria”, dice el Director General del CERN Rolf Heuer, “y una parte importante del amplísimo programa de investigación del CERN”.

La información completa sobre la aproximación de ASACUSA estará disponible cuando se publique el artículo.

Artículo traducido y posteado en Ciencia Kanija, el original se publicó en Symmetry Breaking.