Los científicos han realizado la medición más precisa de la antimateria hasta la fecha, y los resultados solo profundizan el misterio de por qué existe la vida, el universo y todo lo que contiene.
Las nuevas mediciones muestran que, con un grado increíblemente alto de precisión, la antimateria y la materia se comportan de manera idéntica.
Sin embargo, esas nuevas mediciones no pueden responder una de las preguntas más importantes de la física: ¿por qué, si se formaron partes iguales de materia y antimateria durante el Big Bang, nuestro universo hoy está compuesto de materia?
Universo en equilibrio
Nuestro universo se basa en el equilibrio de los opuestos. Para cada tipo de partícula "normal", hecha de materia, hay una antipartícula conjugada de la misma masa que tiene la carga eléctrica opuesta producida al mismo tiempo. Los electrones tienen antielectrones opuestos, o positrones; los protones tienen antiprotones; y así.
Sin embargo, cuando la materia y las partículas de antimateria se encuentran, se aniquilan entre sí, dejando solo energía sobrante. Los físicos afirman que debería haber habido cantidades iguales de materia y antimateria creadas por el Big Bang, y cada una habría asegurado la destrucción mutua del otro, dejando un universo bebé desprovisto de los bloques de construcción de la vida (o cualquier cosa, en realidad). Sin embargo, aquí estamos, en un universo compuesto casi por completo de materia.
Pero aquí está el truco: no sabemos de ninguna antimateria primordial que haya salido del Big Bang. Entonces, ¿por qué, si la antimateria y la materia se comportan de la misma manera, un tipo de materia sobrevivió al Big Bang y el otro no?
Una de las mejores maneras de responder esa pregunta es medir las propiedades fundamentales de la materia y sus conjugados de antimateria de la manera más precisa posible y comparar esos resultados, dijo Stefan Ulmer, físico de Riken en Wako, Japón, que no participó en el nuevo investigación. Si hay una ligera desviación entre las propiedades de la materia y las propiedades de antimateria correlacionadas, esa podría ser la primera pista para resolver la mayor novedad de la física. (En 2017, los científicos encontraron algunas ligeras diferencias en la forma en que se comportan algunos socios antimateria, pero los resultados no fueron estadísticamente lo suficientemente fuertes como para contar como un descubrimiento).
Pero si los científicos quieren manipular la antimateria, tienen que hacerlo minuciosamente. En los últimos años, algunos físicos han estudiado el antihidrógeno, o la contraparte de la antimateria del hidrógeno, porque el hidrógeno es "una de las cosas que mejor entendemos en el universo", dijo a Live Science el coautor del estudio Jeffrey Hangst, físico de la Universidad de Aarhus en Dinamarca. . Hacer antihidrógeno generalmente implica mezclar 90,000 antiprotones con 3 millones de positrones para producir 50,000 átomos de antihidrógeno, de los cuales solo 20 son atrapados con imanes en un tubo cilíndrico de 11 pulgadas de largo (28 centímetros) para su posterior estudio.
Ahora, en un nuevo estudio publicado hoy (4 de abril) en la revista Nature, el equipo de Hangst ha logrado un estándar sin precedentes: hasta la fecha han tomado la medida más precisa de antihidrógeno, o cualquier tipo de antimateria. En 15,000 átomos de antihidrógeno (piense en el proceso de mezcla mencionado anteriormente unas 750 veces), estudiaron la frecuencia de la luz que emiten o absorben los átomos cuando saltan de un estado de energía más bajo a uno más alto.
Las mediciones de los investigadores mostraron que los niveles de energía de los átomos de antihidrógeno, y la cantidad de luz absorbida, coincidieron con sus contrapartes de hidrógeno, con una precisión de 2 partes por billón, mejorando dramáticamente la precisión de la medición previa del orden de partes por billón.
"Es muy raro que los experimentadores logren aumentar la precisión por un factor de 100", dijo Ulmer a Live Science. Él piensa que, si el equipo de Hangst continúa el trabajo durante 10 a 20 años adicionales, podrán aumentar su nivel de precisión de espectroscopía de hidrógeno en un factor adicional de 1,000.
Para Hangst, el portavoz de la colaboración ALPHA en la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN), que produjo estos resultados, este logro tardó décadas en hacerse.
Atrapar y retener antimateria fue una gran hazaña, dijo Hangst.
"Hace veinte años, la gente pensaba que esto nunca sucedería", dijo. "Es un tour de force experimental para poder hacer esto".
Los nuevos resultados son muy impresionantes, Michael Doser, físico del CERN que no participó en el trabajo, le dijo a Live Science en un correo electrónico.
"El número de átomos atrapados para esta medición (15,000) es una gran mejora en los registros propios de hace solo unos años", dijo Doser.
Entonces, ¿qué nos dice la medición más precisa de antimateria? Bueno, desafortunadamente, no mucho más de lo que ya sabíamos. Como era de esperar, el hidrógeno y el antihidrógeno, materia y antimateria, se comportan de manera idéntica. Ahora, solo sabemos que son idénticos en una medida de partes por billón. Sin embargo, Ulmer dijo que la medición de 2 partes por billón no descarta la posibilidad de que algo se esté desviando entre los dos tipos de materia a un nivel de precisión aún mayor que hasta ahora ha desafiado la medición.
En cuanto a Hangst, está menos preocupado por responder a la pregunta de por qué nuestro universo de materia existe sin antimateria, lo que él llama "el elefante en la habitación". En cambio, él y su grupo quieren centrarse en hacer mediciones aún más precisas y explorar cómo reacciona la antimateria con la gravedad: ¿se cae como la materia normal o podría caerse?
Y Hangst cree que ese misterio podría resolverse antes de finales de 2018, cuando el CERN se cerrará durante dos años para las actualizaciones. "Tenemos otros trucos bajo la manga", dijo. "Manténganse al tanto."
