Materia y antimateria se aniquilan violentamente. Si son absolutamente simétricos, entonces tal vez solo tal vez el universo no debería existir.
Vemos materia a nuestro alrededor todos los días. A diferencia de la materia, la antimateria es mucho más escurridiza. Los investigadores ahora están jugando el juego de encontrar las diferencias más complejo del mundo con la materia y la antimateria. (Aquí se muestran dos gases de nitrógeno Créditos de la imagen: Greenhorn1)
Así como hay materia en el universo (prácticamente todo lo que existe), también hay antimateria. Básicamente, todas las partículas tienen una antipartícula correspondiente con la misma masa, pero carga eléctrica opuesta y otras diferencias en los parámetros cuánticos. El protón, por ejemplo, tiene carga positiva, mientras que el antiprotón tiene carga negativa. Cuando un protón y un antiprotón chocan, se aniquilan mutuamente en un estallido violento.
Investigadores del CERN en Suiza han realizado la medición más precisa jamás realizada del momento magnético de un antiprotón. El momento magnético determina cómo reacciona una partícula a una fuerza magnética externa. Descubrieron que los dos momentos son absolutamente idénticos pero con un signo opuesto. Esto es realmente problemático.
Todas nuestras observaciones encuentran una simetría completa entre la materia y la antimateria, razón por la cual el universo en realidad no debería existir, dice Christian Smorra, físico de la colaboración del Experimento de Simetría BaryonAntibaryon (BASE) del CERN. Debe existir una asimetría aquí en alguna parte, pero simplemente no entendemos dónde está la diferencia.
Probablemente sea la primera vez que los físicos obtienen una medición más precisa de la antimateria que de la materia, lo que demuestra el extraordinario progreso logrado en el Antiproton Decelerator del CERN, agregó Smorra, quien es el primer autor del estudio.
Dado que la materia y la antimateria se aniquilan a sí mismas y el universo existe y no se ha aniquilado a sí mismo (todavía), hay buenas razones para creer que hay mucha más materia que antimateria en el universo. ¿Pero por qué? Debe haber alguna discrepancia en los parámetros de estas partículas que permite que la materia domine, pero los investigadores aún no la han encontrado. Es como jugar a encontrar la diferencia a nivel de partículas.
El trabajo de Smorra y sus colegas es un diseño elegante, un método de medición de dos partículas desarrollado en el laboratorio Stefan Ulmers RIKEN. Los investigadores capturan y miden simultáneamente dos antiprotones separados, uno a alta temperatura (350 grados Kelvin / 76 C / 170 F) y el otro a una temperatura muy fría (0,15 K / -273 C / -459 F), muy cerca del cero absoluto. . La primera partícula se usa para la calibración, mientras que la más fría se usa para medir un parámetro llamado frecuencia de Larmor, que rige cómo una partícula precesa (rota y gira) bajo una influencia magnética. Incluso hacer esto para los protones fue un gran avance (publicado en Nature en 2014), pero hacerlo para los antiprotones es un juego de pelota completamente nuevo.
El experimento BASE en el desacelerador de antiprotones del CERN en Ginebra. Créditos de imagen: Stefan Sellner, Laboratorio de simetrías fundamentales, RIKEN, Japón.
Con este método, lograron mantener un antiprotón capturado dentro de una cámara especial del tamaño de una pinta alta. Las mediciones fueron increíblemente precisas, indicando un valor para el momento magnético antiprotón de 2,7928473441 N (N es una constante llamada magnetón nuclear). Con una precisión de nueve dígitos significativos, esta medición es 350 veces más precisa que la medición anterior. Es el equivalente a medir la circunferencia de la Tierra en unos pocos centímetros.
Sus resultados son idénticos a los obtenidos para el protón, salvo el signo menos.
Probablemente sea la primera vez que los físicos obtienen una medición más precisa de la antimateria que de la materia, lo que demuestra el extraordinario progreso logrado en el Antiproton Decelerator del CERN, agregó el primer autor del estudio, Christian Smorra.
Sin embargo, a pesar de todas estas mejoras elegantes, aún no pudieron responder la pregunta fundamental de por qué existe nuestro universo, por qué la materia y la antimateria están distribuidas de manera tan desigual a través del universo, permitiéndonos existir. Aún así, Smorra dice que aún pueden mejorar significativamente.
Al actualizar el experimento con varias innovaciones técnicas nuevas, creemos que aún se pueden realizar algunas mejoras adicionales y, en el futuro, luego de la actualización del CERN que se espera que finalice en 2021, podremos lograr una mejora de al menos diez veces.
Mientras tanto, la naturaleza sigue consistiendo en materia y aún no sabemos por qué no hay tanta antimateria alrededor. Los investigadores continúan tratando de resolver este misterio que podría desbloquear una de las claves para comprender el universo.
"