Varianza: La luz de la antimateria

El experimento ALPHA de la Organización Europea para la Investigación Nuclear anunció haber observado por primera vez la luz que emite la antimateria. Uno de los físicos más respetados de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN, por sus siglas en francés) ha sido asesinado y su cadáver encontrado con una marca de hierro […]

Texto de 17/02/17

El experimento ALPHA de la Organización Europea para la Investigación Nuclear anunció haber observado por primera vez la luz que emite la antimateria. Uno de los físicos más respetados de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN, por sus siglas en francés) ha sido asesinado y su cadáver encontrado con una marca de hierro […]

El experimento ALPHA de la

Organización Europea para la

Investigación Nuclear anunció haber

observado por primera vez la luz que

emite la antimateria.

Uno de los físicos más respetados de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN, por sus siglas en francés) ha sido asesinado y su cadáver encontrado con una marca de hierro caliente en el pecho. El ambigrama “illuminati” en la piel del occiso anuncia el retorno de una antigua secta. El motivo del crimen pronto queda claro: esta sociedad secreta ha robado un cuarto de gramo de la antimateria creada en el CERN. De esa manera, los Illuminati se apoderan de una bomba con gran poder destructor. La antimateria robada en su contenedor sólo se puede mantener aislada por 24 horas, ya que los intensos campos magnéticos con los que se mantiene suspendidos a los antiátomos son producidos por una batería que se agota lentamente. Cuando la pila deje de suministrar la energía necesaria, la antimateria, recluida en la trampa, se precipitará a las paredes de su embalaje aniquilándose con los átomos que lo forman. Las consecuencias devastadoras generan tensión literaria en la obra de Dan Brown titulada Ángeles y demonios.

Si tuviésemos un kilogramo de antimateria y lo juntáramos súbitamente con un kilogramo de materia, se liberaría una energía de 43 megatones. Esto representa un poder destructor del mismo orden del que se liberó con la explosión de la bomba atómica más grande de la que tenemos noticia: la bomba del zar que fue detonada en 1961 en una prueba de la Unión Soviética. La gigantesca bomba liberó aproximadamente 50 megatones que equivalen a 50 millones de toneladas de Trinito Tolueno. La detonación quedó grabada en los sismógrafos de todo el mundo.

Un gramo de antimateria, que es cuatro veces más que la cantidad robada de el CERN por los Illuminati, tendría un poder mil veces menor que la bomba del zar y, no obstante, su capacidad destructiva sería equivalente a una bomba nuclear táctica, suficiente para demoler más que sólo el Vaticano. La aniquilación repentina de esta cantidad de antimateria acabaría con buena parte de Roma y le dificultaría el día a los que se encuentren por ahí cerca.

Por cierto, un cuarto de gramo de antimateria contiene 150 mil trillones de antiátomos. Este descomunal número
de antiátomos no existe en ninguna parte del universo de la que tengamos conocimiento.

Desde hace 20 años que el CERN ha trabajado en la construcción de un decelerador de antiprotones. Ésta es una máquina que en lugar de acelerar partículas, las ralentiza. En la etapa más reciente de su desarrollo, el decelerador logra juntar 90 mil antiprotones de muy baja energía. A éstos se los combina con antielectrones en un arreglo experimental ingenioso que acaba produciendo 25 mil antiátomos de hidrógeno, es decir, antihidrógenos. Por ahora sólo es posible atrapar 14 antiátomos en cada intento.

En 2010 se había conseguido atrapar 38 átomos de antihidrógeno y se los conservó durante la quinta parte de un segundo. Luego se perfeccionó la tecnología y en 2011 se consiguió tener 309 antiátomos por mil segundos, es decir casi 17 minutos.

La CERN está muy lejos de producir y atrapar por horas o días los 600 mil trillones de antiátomos que contiene un gramo de antimateria. No sólo es técnicamente imposible por ahora; el CERN no tiene la intención de hacerlo porque el objetivo del laboratorio es el de estudiar el comportamiento de la antimateria, y esto se logra en condiciones controladas de pocos antiátomos en confinamiento.

Desde hace mucho tiempo que el CERN estudia la antimateria. Es el único laboratorio en el mundo que puede crear antiátomos y que los conserva por un tiempo cada vez mayor, si bien muy corto, para estudiar sus propiedades. Para la medición de la que hablaremos ahora y que el experimento ALPHA (Anti-hydrogen Laser PHysics Apparatus) anunció en fechas recientes, se logró sustentar a los antiátomos por una décima de segundo.

Los átomos están formados por electrones que orbitan un núcleo en el que se encuentran los protones y los neutrones. Cuando los electrones se acercan o se alejan del núcleo cambiando de órbita, absorben o emiten luz. La combinación de colores que compone esta luz es única para cada elemento químico. Forma un arreglo inigualable de líneas oscuras con bandas de diferentes espesores en azul, verde, amarillo, naranja y rojo con todas sus tonalidades. Podemos saber de qué están hechas las cosas con sólo ver la luz que emiten sus átomos. Es así como sabemos que la atmósfera de Neptuno contiene metano. Es eso lo que le da el tono azul al planeta. No es necesario ir a tomar muestras, basta con ver la luz que nos llega desde su superficie.

Esto mismo vale para la antimateria que, en lugar de estar formada por protones y electrones, está hecha de antiprotones y antielectrones. De manera que son antipartículas las que constituyen su estructura atómica, o quizá mejor dicho: antiatómica.

El experimento ALPHA pudo observar por primera vez la luz que emiten antiátomos de hidrógeno. Más aún, pudo constatar que esta luz tiene los mismos colores que los que emiten los átomos de hidrógeno. Es decir que un antiátomo de hidrógeno parece ser, en primera aproximación, muy parecido en estructura al átomo correspondiente.

En este respecto la antimateria parece comportarse como lo hace la materia; sin embargo, el nivel de precisión de la observación es aún poco fino como para poner punto final a las investigaciones. La precisión con que el espectro luminoso de los antiátomos ha sido medido es de pocas partes en 10 mil millonésimas. La precisión que se obtiene con el hidrógeno es de pocas partes de milésimas de billón. Si lo que queremos es comparar la materia con la antimateria será necesario alcanzar esos niveles de exactitud, y para eso aún falta mucho trabajo por hacer. Los efectos nuevos de una física desconocida pueden esconderse en estos niveles tan altos de precisión. Pequeñas desviaciones pueden delatar la presencia de nuevos principios en la naturaleza o quizás el rompimiento de simetrías aparentes.

Cuando los antiprotones se producen, tienen una energía muy grande como para ser recombinados con positrones, por esto es que se los decelera reduciendo en 50 veces su energía inicial. ELENA (Extra Low ENergy Antiproton) es el nuevo decelerador que está ahora en fase de validación en el CERN. Ésta es la nueva máquina que proporcionará antiprotones a los experimentos como ALPHA.

Con el nuevo decelerador ELENA, se incrementará entre 10 y 100 veces el número de antiprotones que pueden ser usados para construir antimateria al agregar antielectrones.

En el futuro será posible hacer mediciones con mayor precisión. Por el momento, las observaciones realizadas con antiátomos parecen indicar que efectivamente la antimateria es un reflejo exacto de la materia. Aunque se dice fácil, esta aseveración lleva consigo la conservación de simetrías fundamentales en el universo. Que la antimateria obedezca las mismas leyes físicas que las conocidas para la materia no es nada obvio. La aparición de una pequeña diferencia sería suficiente para cuestionar todo lo que creemos entender. EstePaís

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Gerardo Herrera Corral  es doctor en Ciencias por la Universidad de Dortmund, Alemania, e investigador titular del Departamento de Física del Cinvestav.

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