La mejor medida de la antimateria

Uno de los retos a los que se enfrentan los físicos es explicar por qué la materia sobrevivió a la antimateria tras el Big Bang, cuando se supone que se deberían haber aniquilado mutuamente. Cualquier avance para comprender las propiedades de la antimateria, como el que ahora se ha conseguido en el Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN, cerca de Ginebra), resulta de suma importancia para comprender mejor esta sustancia constituida de antipartículas.

Mediante técnicas espectroscópicas, la colaboración científica internacional ALPHA del CERN ha registrado la medición más precisa de antimateria. El estudio se publica esta semana en la revista Nature.

“Usando antihidrógenos, hemos demostrado que la antimateria se puede medir de forma similar a la materia, logrando la mejor y más precisa medida hecha hasta ahora sobre la antimateria", explica a Sinc Jeffrey Hangst, uno de los investigadores del proyecto y profesor de Física y Astronomía en la Universidad Aarhus de Dinamarca.

En espectroscopía, las propiedades de las transiciones atómicas se analizan mediante la excitación de átomos 'normales' con un láser y examinando luego cómo absorben o emiten luz. Aunque la misma técnica se puede aplicar al estudio de los antiátomos, la antimateria es mucho más difícil de producir y atrapar, por lo que es más complicado determinar sus propiedades.

En 2017, la colaboración ALPHA ya había observado experimentalmente en los antihidrógenos la denominada transición 1S-2S, donde estos átomos de antimateria (formados por un antiprotón y un antielectrón) pasaban de un estado fundamental a otro excitado. Ahora lo que ha conseguido Jeffrey Hangst y sus colegas es caracterizar de forma detallada uno de los componentes hiperfinos de esa transición.

Los autores estudiaron cerca de 15.000 átomos de antihidrógeno, atrapados magnéticamente en un volumen cilíndrico de 280 mm de largo y con un diámetro de 44 mm, durante 10 semanas. Los resultados revelaron que la frecuencia de resonancia o máxima oscilación de la transición 1S-2S para el antihidrógeno coincide con la frecuencia esperada para esta misma transición en su homólogo de la materia, el hidrógeno, con una precisión de dos partes en un billón.

Futuros retos de la antimateria

Entre los próximos retos para comprender mejor la antimateria, Hangst adelanta que estudiarán más transiciones de estado en los átomos de antihidrógeno. “Ya hemos observando algunas. Se podría usar la analogía de la luz, donde hay diferentes colores aunque no todo el espectro es visible”, compara el investigador.

Otro de los proyectos en los que el equipo se ha embarcado es analizar como la antimateria reacciona ante la gravedad, como comenta Hangst: “Queremos estudiar qué pasará cuando la dejemos caer. Para ello estamos construyendo una máquina que atrapará la antimateria y luego la soltará. Este experimento se llama Alpha G, por la ‘g’ de gravedad”.

De momento, la investigación presentada esta semana se encuadra dentro de la ciencia básica: “No pensamos en aplicaciones con nuestro trabajo, sino sobre la naturaleza del universo y como el espacio y el tiempo se comportan de una manera muy fundamental”, concluye el científico de ALPHA.