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El universo extremo se puede meter en un laboratorio y generar antimateria

Las condiciones relacionadas con los eventos más extremos que tienen lugar en el universo podrán ahora ser estudiadas directamente en un laboratorio, gracias a una nueva técnica. Además, será posible generar antimateria entre cuatro paredes.

Un grupo de investigadores del Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), en Alemania, ha desarrollado una nueva técnica que permitirá replicar a pequeña escala en un laboratorio los procesos más extremos que se concretan en el universo. Por ejemplo, será posible estudiar al detalle las fuertes áreas de atracción gravitacional relacionadas con los agujeros negros o los intensos campos magnéticos de las estrellas de neutrones.

Incluso, el proceso descubierto logra crear un chorro de antimateria y se acelera de manera muy eficiente. Se integran dos rayos láser de alta intensidad, produciendo una colisión tan violenta que genera una cantidad extremadamente grande de fotones gamma, partículas de luz con una energía incluso mayor que la de los rayos X.

La radiación gamma es una clase de radiación electromagnética generada por elementos radiactivos o por procesos subatómicos, pero que también puede producirse en el marco de fenómenos astrofísicos de gran violencia. En función de sus altas concentraciones de energía, los rayos gamma pueden penetrar profundamente en la materia.

Una colisión de máxima intensidad

De acuerdo a una nota de prensa, el concepto creado comienza con un pequeño bloque de plástico, atravesado por canales micrométricos. El elemento funciona como objetivo para dos láseres de alta intensidad, que disparan simultáneamente pulsos ultra fuertes al bloque, desde direcciones opuestas.

Cuando los pulsos láser penetran en la muestra, cada uno de ellos acelera una nube de electrones de extrema rapidez. Ambas nubes se van acercando velozmente e interactúan con los láseres, hasta desembocar en una intensa colisión que produce los fotones gamma.

Todo este «enjambre» de fotones gamma alcanza tal densidad que, en un momento, las partículas de luz chocan inevitablemente entre sí. Ese impacto es el que permite a la nueva técnica producir antimateria y generar condiciones que en la actualidad solamente pueden reproducirse en avanzados y complejos aceleradores de partículas.

Tema relacionado: Descubren una partícula que se balancea entre la materia y la antimateria.

Para resolver misterios

Ahora, de acuerdo a las conclusiones del nuevo estudio publicado en la revista Communications Physics, sería posible reproducir con este instrumento algunas características de los eventos cósmicos más intensos, como los que suceden en los campos magnéticos de las estrellas de neutrones o los chorros de materia producidos por la atracción gravitacional de los agujeros negros.

En el mismo sentido, se podrían estudiar las condiciones de la antimateria, una forma de materia menos frecuente que está constituida por antipartículas, en contraste con la materia común, integrada por partículas. En términos generales, una antipartícula es el «opuesto complementario» que le corresponde a cada partícula presente en la naturaleza: posee la misma masa y otras condiciones similares pero una carga eléctrica contraria.

La nueva técnica será de gran utilidad para la astrofísica y para la física nuclear, permitiendo llevar al laboratorio fenómenos que se desarrollan en el espacio extremo o en condiciones muy complejas y especiales. Con este avance, los investigadores podrán comprenderlos en profundidad y comenzar a resolver algunos de los misterios que aún subsisten en torno a la naturaleza del universo.

Referencia

Dominance of γ-γ electron-positron pair creation in a plasma driven by high-intensity lasers. Y. He, T. Blackburn, T. Toncian, A. Arefiev. Communications Physics (2021).DOI:https://doi.org/10.1038/s42005-021-00636-x

Foto de portada: la densidad del plasma (que se muestra aquí en blanco y negro) evoluciona con el tiempo durante la irradiación con dos pulsos de láser de alta intensidad. La radiación de alta energía producida durante este proceso se destaca en color como densidad de fotones gamma. Estos fotones están tan juntos que pueden chocar, creando pares de materia-antimateria. Crédito: Toma Toncian.

Video y podcast: editados por Pablo Javier Piacente en base a elementos y fuentes libres de derechos de autor. Créditos de imágenes en video: The Digital Artist, eli007, Roy Buri y Nidhi Yashwanth en Pixabay, Toma Toncian.

Música video y podcast: JuliusH en Pixabay.

Pablo Javier Piacente

Pablo Javier Piacente

Pablo Javier Piacente es periodista especializado en comunicación científica y tecnológica.

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