โDesde hace aรฑos se ha intentado conocer la naturaleza y comportamiento de la antimateria, si bien sรณlo en los รบltimos meses se han hecho avances notables que estรกn permitiendo pasar al otro lado del espejo subatรณmicoโ, me dice Jeffrey Scott Hangst, lรญder del Antihydrogen Laser Physics Apparatus (ALPHA), proyecto en curso dentro del Centro Europeo de Investigaciones Nucleares (CERN).
En 1928 Paul Dirac pronosticรณ la existencia de partรญculas idรฉnticas a las de la materia que conocemos pero con carga elรฉctrica contraria. Sin embargo, apenas en este siglo se empiezan a conocer sus caracterรญsticas. Se supone que luego del Estallido inicial se crearon cantidades iguales de materia y antimateria. Tambiรฉn sabemos que cuando una partรญcula material se encuentra con su par antimaterial se aniquilan, dejando un rastro de energรญa pura y ordinaria. Entonces, ยฟpor quรฉ sรณlo existe materia? ยฟAรบn hay antimateria proveniente de aquella รฉpoca o es antimateria creada en fecha mรกs reciente? Nadie lo sabe aรบn y se trata de algunas de las interrogantes de la fรญsica contemporรกnea. El detector AMS (del que hemos hablado en este blog), en la Estaciรณn Espacial Internacional, sรณlo ha descubierto antiprotones, mรกs jรณvenes, pero ningรบn antinรบcleo con tal antigรผedad.
Tan emocionante estรก resultando el tema que un grupo de fรญsicos teรณricos canadienses ha propuesto la existencia de un antiuniverso a fin de explicar esta evidente asimetrรญa en el nuestro. Un universo hecho de antipartรญculas, en donde la materia tal como la conocemos serรญa la excepciรณn y las manecillas del reloj correrรญan hacia atrรกs desde nuestro punto de vista.
Pero volvamos a la realidad. Hangst me muestra las enormes instalaciones de ALPHA, si bien no alcanzan la magnitud de los cuatro detectores que intersectan el Gran Colisionador de Hadrones, no muy lejos de aquรญ. Uno de los aspectos peculiares de esta investigaciรณn es que maneja un puรฑado de antiรกtomos. โMil no es nada, comparados con los millones de millones que se generan en el detector LHC-b, dedicado a estudiar el origen de la asimetrรญa que nos ocupaโ, afirma Hangst.
โManipular antiรกtomos no es fรกcilโ, aclara, โpara empezar hay que mantener estable su existencia, que suele ser muy efรญmeraโ. Entre 1999 y 2005 se llevรณ a cabo aquรญ mismo en Ginebra el proyecto ATHENA, un primer intento de producir y mantener activos al menos por una pequeรฑรญsima fracciรณn de segundo รกtomos de antihidrรณgeno. Sin perder la experiencia acumulada por su predecesor, ahora es posible mantenerlos estables mรกs tiempo: โpoco mรกs de 16 minutosโ, afirma el doctor Hangst , โtiempo suficiente para estudiar con detenimiento sus propiedades antes de difuminarse, por cierto, de una manera violentaโ.
Se trata de fenรณmenos cataclรญsmicos a nivel ultra microscรณpico. A principios del aรฑo pasado alcanzaron un nivel de precisiรณn jamรกs logrado en la investigaciรณn de antimateria. โFue un gran logroโ, asegura el doctor Hangst. ยฟCรณmo lo hacen?
โEn el interior del detector donde se lleva a cabo la aniquilaciรณn materia/antimateria se encuentran imanes sรบperconductores inmersos en helio lรญquidoโ, responde Hangst, โlos cuales son los que realmente atrapan los รกtomos de antihidrรณgeno neutros. Pero antes hay que producirlos. Para ello se emplean electrodos que generan campos elรฉctricos debido a un poderoso imรกn externo. Tales campos son la trampa temporal que nos estรก permitiendo empezar a estudiar las propiedades de estas antipartรญculasโ.
Asรญ consiguen crear una nube de positrones (la antipartรญcula del electrรณn) y una nube de antiprotones, estos รบltimos provenientes de una fuente llamada Desacelerador de Antiprotones. Debido a la acciรณn refrigerante del helio lรญquido, dichas entidades subatรณmicas casi no se mueven. Instantes despuรฉs uno de los positrones se escapa de la รณrbita alrededor del antiprotรณn, se disipa en forma de energรญa y obtenemos la configuraciรณn del antihidrรณgeno. Como recordamos de nuestras clases de quรญmica, la estructura del hidrรณgeno contiene un protรณn y un electrรณn orbitรกndolo.
โObtenemos รกtomos de antihidrรณgeno neutros en una tina magnรฉticaโ, agrega Hangst, โdonde flotan apaciblemente y podemos observarlos uno a uno. ยฟCรณmo sabemos que se trata de antimateria? Porque cuando los dejamos ir los detectores confirman su existencia. En el momento en que los pierdes, sabes que estuvieron allรญ. De hecho, podemos contarlos de manera individual y seguir su rastro sin confundirlosโ.
Ahora bien, ยฟquรฉ hacen con estos antiรกtomos?, ยฟquรฉ novedades nos traen del otro lado del espejo?
โQueremos conocer su estructura y comportamiento, saber si son iguales a las del mundo material en el que vivimos. Para ello utilizamos luz de lรกser que hacemos rebotar en espejos colocados transversalmente en ambos extremos del detector con objeto de amplificarla. Esto nos permite excitar el positrรณn que orbita en el nivel primario de energรญa y, como indica la cuรกntica, enviarlo al segundo nivel de energรญa. Al aรฑadir dos fotones provenientes del lรกser el positrรณn salta de รณrbita. Cuando agregamos un tercer fotรณn, el positrรณn se alejaโ.
Semejante hazaรฑa exige controlar con increรญble precisiรณn las dosis de energรญa luminosa que habrรกn de interactuar con el antihidrรณgeno. Los investigadores de ALPHA envรญan luz en diversas frecuencias y analizan la forma en que se comportaron los diversos antiรกtomos en la tina magnรฉtica, si sobrevivieron o no. Incluso han probado diversos sistemas de lรกser a fin de alcanzar mayores niveles cuรกnticos de energรญa.
Antes de terminar 2018 dieron otro paso significativo en el conocimiento de este mundo reverso, y su relaciรณn con la luz y la gravedad del anverso. Llevaron a cabo un experimento que tiene que ver con la mรกs enigmรกtica de las fuerzas bรกsicas de la naturaleza: la gravedad.
โCuando tienes una nube de un gas como el hidrรณgeno, lo primero que hace es expandirse, subir y luego desciende de manera irregular. El antihidrรณgeno que creamos estรก tan frรญo que simplemente cae atraรญdo por la gravedad. Estas son las primeras pruebas gravitacionales de la antimateria. Si descubrimos alguna diferencia entre el comportamiento de la antimateria y la materia en relaciรณn con la gravedad podrรญa conducirnos a una teorรญa cuรกntica gravitatoria y, quizรก, ayudarnos a explicar quรฉ pasรณ con la antimateria primordialโ, dice Hangst.
escritor y divulgador cientรญfico. Su libro mรกs reciente es Nuevas ventanas al cosmos (loqueleo, 2020).
