Físicos han capturado las primeras huellas dactilares espectrales de la antimateria

Físicos han capturado las primeras huellas dactilares espectrales de la antimateria

Han pasado nueve meses desde que un equipo de investigadores del CERN logró su meta de medir el espectro de luz emitida por la partícula de espejo del hidrógeno, el antihidrógeno.

Estaban empezando. Ahora los investigadores tienen evidencia detallada de la estructura de antihidrógeno usando espectroscopia, estableciendo un hito en nuestra búsqueda para determinar por qué hay algo en el Universo en lugar de nada.

Dirigido por investigadores canadienses bajo lo que se llama la Colaboración ALPHA, la primera observación detallada de la estructura «antioxidante» hecha en casa ha demostrado que sus líneas espectrales son prácticamente idénticas a las del hidrógeno.

Uno de los grandes misterios actuales que enfrenta la física moderna es la cuestión de por qué todo parece estar hecho de un tipo de materia, cuando hay dos tipos.

El Modelo Estándar de la física predice que todas las partículas tienen algo de un gemelo; una partícula coincidente que tiene propiedades especulares, como una carga opuesta.

Por ejemplo, el electrón cargado negativamente tiene una pareja cargada positivamente llamada positrón.

Estas partículas forman juntas como un par. Es más, si los tipos opuestos de partículas se encuentran, se anulan en un resplandor de radiación gamma.

Eso deja la pregunta de por qué hay tanto de una clase de materia, y no sólo un universo vacío que tararea con radiación.

Si hubiera algún tipo de desequilibrio en la aparente simetría del Universo, sería un largo camino para explicar por qué terminamos con suficiente materia colgando después del Big Bang para construir un par de trillones de galaxias.

Buscar una diferencia en los dos tipos de materia es un buen lugar para comenzar como cualquiera.

La Colaboración ALPHA logró hacerse creando el Anti-Proton Decelerator del CERN y produciendo cerca de 90.000 antiprotones.

Incluso después de hacer 1.6 millones de positrones, los investigadores sólo lograron producir alrededor de 25.000 átomos de antihidrógeno.

Un puñado de estos eran lo suficientemente lentos como para quedar atrapados dentro de un campo de fuerza especial que les impedía tocar materia «normal» y desaparecer en un parpadeo de luz.

«Tenemos que mantenerlos separados», dice la investigadora Justine Munich.

«No podemos simplemente poner nuestros anti-átomos en un recipiente normal, tienen que ser atrapados o mantenidos dentro de una botella magnética especial».

En total, el equipo logró atrapar y detectar sólo 194 átomos en una serie de ensayos, lo que le da una idea de las dificultades que implica estudiar incluso las formas más simples de la antimateria.

Afortunadamente fue suficiente irradiar una muestra de antihidrógeno con microondas de frecuencias variables y observar su reacción.

Cuando una unidad de radiación electromagnética, como una microonda, golpea un electrón, la absorbe y cambia de posición.

Diferentes elementos absorben y emiten su propio espectro de luz en longitudes de onda específicas, produciendo un patrón que le dice a los físicos mucho sobre la estructura del átomo que los produce.

«Las líneas espectrales son como huellas dactilares, cada elemento tiene su propio patrón único», dice el investigador Michael Hayden de la Universidad Simon Fraser.

Teóricamente como espejos del mismo elemento, el hidrógeno y el antihidrógeno deben compartir este patrón.

Investigaciones anteriores sugirieron que esto era cierto, pero el detalle no era lo suficientemente claro como para ser concluyente.

Por primera vez, los investigadores han encontrado una manera de capturar detalles finos de las líneas espectrales del antihidrógeno y mostrar que son de hecho idénticos al hidrógeno.

La radiación de los átomos de antihidrógeno con microondas permitió a los físicos determinar su huella digital de luz de una manera bastante indirecta, utilizando cambios específicos en el antihidrógeno para ajustar las estimaciones en sus líneas espectrales.

«La espectroscopía es una herramienta muy importante en todas las áreas de la física, estamos entrando en una nueva era a medida que extendemos la espectroscopía a la antimateria», dice Jeffrey Hangst, portavoz del experimento ALPHA.

«Con nuestras técnicas únicas, ahora podemos observar la estructura detallada de los átomos de antimateria en horas y no semanas, algo que ni siquiera podíamos imaginar hace unos años».

En este momento, la comparación ha demostrado la eficacia del uso de la espectroscopia en lugar de resultar en la nueva física monumental. Pero nuevas herramientas como estas van a ser importantes en el estudio de la antimateria en el futuro.

«Al estudiar las propiedades de los anti-átomos esperamos aprender más sobre el Universo en el que vivimos», dice Hayden.

«Podemos hacer antimateria en el laboratorio, pero no parece existir naturalmente, excepto en cantidades minúsculas.Por qué sucede esto, simplemente no sabemos, pero quizás el antihidrogeno pueda darnos algunas pistas».

Esta investigación fue publicada en Nature.

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