Una de las preguntas más importantes que mantienen a los físicos despiertos por la noche es por qué hay más materia que antimateria en el universo.
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Los científicos han realizado la medición más precisa de la antimateria hasta el momento, y los resultados solo profundizan el misterio de por qué la vida, el universo y todo lo que existe en él existe.
Las nuevas mediciones muestran que, en un grado increíblemente alto de precisión, la antimateria y la materia se comportan de manera idéntica.
Sin embargo, esas nuevas medidas no pueden responder a una de las preguntas más importantes de la física: ¿por qué, si partes iguales de materia y antimateria se formaron durante el Big Bang, nuestro universo está hoy 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 , existe 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. [ Los 18 misterios sin resolver más grandes en física ]
Cuando la materia y las partículas de antimateria se encuentran, sin embargo, se aniquilan mutuamente, dejando solo la energía sobrante. Los físicos postulan que debería haber habido cantidades iguales de materia y antimateria creadas por el Big Bang , y cada uno habría asegurado la destrucción mutua del otro, dejando a un universo de bebés sin los bloques de construcción de la vida (o nada, 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 saliera 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 antimateria de la forma 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 antimateria correlacionadas, esa podría ser la primera pista para resolver la mayor historia de ficción de la física. (En 2017, los científicos encontraron algunas pequeñas 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, deben hacerlo con gran esfuerzo. En los últimos años, algunos físicos han comenzado a estudiar el antihidrógeno o contrapartida de la antimateria del hidrógeno, porque el hidrógeno es "una de las cosas que mejor comprendemos en el universo", dijo el coautor del estudio Jeffrey Hangst, físico de la Universidad de Aarhus en Dinamarca, a Live Science. . Hacer antihidrógeno implica típicamente mezclar 90,000 antiprotones con 3 millones de positrones para producir 50,000 átomos de antihidrógeno, de los cuales solo 20 se capturan 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: han tomado la medida más precisa de antihidrógeno, o cualquier tipo de antimateria, hasta la fecha. En 15,000 átomos de antihidrógeno (piense en hacer ese proceso de mezcla mencionado unas 750 veces), estudiaron la frecuencia de luz que emiten o absorben los átomos cuando saltan de un estado de energía más bajo a uno más alto. [ Más allá de Higgs: 5 partículas elusivas que pueden acechar en el universo ]
Las mediciones de los investigadores mostraron que los niveles de energía de los átomos de antihidrógeno y la cantidad de luz absorbida concordaban con sus contrapartes de hidrógeno, con una precisión de 2 partes por trillón, mejorando dramáticamente la precisión de medición previa en el orden de partes por billón.
"Es muy raro que los experimentadores logren aumentar la precisión en un factor de 100", dijo Ulmer a Live Science. Él piensa que, si el equipo de Hangst continúa el trabajo por 10 a 20 años adicionales, podrán aumentar su nivel de precisión de espectroscopia de hidrógeno en un factor adicional de 1.000.
Para Hangst, el vocero de la colaboración de ALPHA en la Organización Europea de Investigación Nuclear (CERN), que produjo estos resultados, este logro fue décadas en la fabricación.
Atrapar y mantener la antimateria era una gran proeza, dijo Hangst.
"Hace veinte años, la gente pensaba que esto nunca sucedería", dijo. "Es un tour de force experimental poder hacer esto en absoluto".
Los nuevos resultados son muy impresionantes, Michael Doser, un físico del CERN que no participó en el trabajo, le dijo a Live Science en un correo electrónico.
"La cantidad de átomos atrapados para esta medición (15,000) es una gran mejora en los registros de [Hangst's group] de hace solo unos pocos años", dijo Doser.
Entonces, ¿qué nos dice la medida más precisa de la antimateria? Bueno, desafortunadamente, no mucho más de lo que ya sabíamos. Como se esperaba, el hidrógeno y el antihidrógeno, materia y antimateria, se comportan de forma idéntica. Ahora, solo sabemos que son idénticos en una medición de partes por billón. Sin embargo, Ulmer dijo que la medición de 2 partes por billón no descarta la posibilidad de que algo se desvíe entre los dos tipos de materia a un nivel aún mayor de precisión que hasta ahora ha desafiado la medición.
En cuanto a Hangst, está menos preocupado por responder la pregunta de por qué nuestro universo de materia existe como lo hace sin antimateria, lo que él llama "el elefante en la habitación". En cambio, él y su grupo quieren enfocarse en hacer mediciones aún más precisas, y en explorar cómo la antimateria reacciona con la gravedad: ¿cae como materia normal o podría caerse ?
Y Hangst cree que el 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."
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