Los secretos de la antimateria, al descubierto

Científicos del CERN de Ginebra han conseguido romper la barrera que hasta ahora impedía acceder a los secretos de la antimateria: han enfriado átomos de antihidrógeno usando láseres, lo que arrojará nueva luz sobre los orígenes del Universo y permitirá crear antimateria en laboratorio.

De la antimateria estamos oyendo hablar desde 1928, cuando el físico Paul Dirac predijo la existencia de antipartículas. Cinco años después descubrimos el primer antielectrón, al que llamamos positrón.

Antes de estos descubrimientos, ni siquiera podíamos imaginar que cualquier cosa de materia que conociéramos tendría un gemelo inverso que sería como el reflejo en el espejo de cualquier partícula: su antipartícula. La única diferencia es que tienen cargas diferentes.

Incompatibles entre sí, materia y antimateria se aniquilan de nada que se divisan: no desaparecen, sino que generan fotones de alta energía. En la ciencia ficción esas aniquilaciones propulsan vehículos que viajan a velocidades increíbles.

Solo materia

Aunque pensamos que al principio del universo existían materia y antimateria en las mismas proporciones, lo único que hemos observado a lo largo y ancho del cosmos es solo materia.

También es verdad es que, si pudiéramos verlas juntas, no las distinguiríamos, ya que materia y antimateria emiten los fotones de luz que nos permitirían percibirlas.

Hemos deducido que en el universo solo hay partículas de materia porque, como no pueden coexistir a la vez con la antimateria, el hecho de que no estemos viendo continuamente colisiones cósmicas indica que una de las dos está ausente. Y las partículas de materia sabemos positivamente que están ahí: las conocemos muy bien.

Y aunque desconocemos completamente qué fue lo que ocurrió en el origen del universo para que la materia dominara sobre la antimateria, perseguimos insistentemente a la antimateria porque podría descubrirnos nuevas perspectivas sobre cómo se dirimió ese supuesto duelo entre ambas estructuras materiales.

Lado oscuro

Sin embargo, conocer ese lado oscuro de la materia es muy complicado, porque cuando hemos conseguido fabricarla, desaparece de nada que tropieza con la materia ordinaria.

Además, cuando conseguimos retenerla un poco de tiempo, gira a tal velocidad que no podemos pillarla. Es tan escurridiza como el mismo concepto de antimateria.

La única forma de estudiarla es reducir la velocidad a la que se mueve y algo habíamos conseguido en 2016: medir las huellas espectrales ópticas del antihidrógeno, una proeza alcanzada gracias a una tecnología desaceleradora.

Los resultados obtenidos entonces fueron espectaculares: nos dicen que el hidrógeno y el antihidrógeno son casi idénticos, pero no nos han permitido determinar qué los diferencia exactamente.

Por ello se nos ha escapado la posibilidad de comprender por qué la materia dominó sobre la antimateria en la formación del universo.

¿Secretos al descubierto?

Un nuevo paso significativo se ha conseguido ahora: los científicos de la colaboración ALPHA en la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) han conseguido enfriar con láser los átomos de antihidrógeno, a pesar de su naturaleza escurridiza.

Los investigadores han utilizado durante mucho tiempo láseres para enfriar otros átomos y hacerlos más fáciles de estudiar. La técnica se ha aplicado ahora por primera vez al antihidrógeno:  permitirá mediciones considerablemente más precisas de su estructura interna y de cómo se comporta bajo la influencia de la gravedad.

La comparación de tales medidas con las del átomo de hidrógeno podría revelar las buscadas diferencias entre los átomos de materia y antimateria. Tales diferencias, si están presentes, podrían arrojar luz sobre por qué el universo está compuesto únicamente de materia.

Cosas locas

«La capacidad de enfriar con láser átomos de antihidrógeno cambia las reglas del juego para las mediciones espectroscópicas y gravitacionales, y podría conducir a nuevas perspectivas en la investigación de la antimateria, como la creación de moléculas de antimateria y el desarrollo de la interferometría anti-átomo», explica uno de los investigadores, Jeffrey Hangst, en un comunicado.

«Históricamente, los investigadores han luchado para enfriar con láser el hidrógeno normal, por lo que conseguirlo con el antihidrógeno ha sido un sueño un poco loco para nosotros durante muchos años», añade Makoto Fujiwara, el primer proponente de la idea de usar un láser pulsado para enfriar el antihidrógeno atrapado en ALFA. «Ahora, podemos soñar con cosas aún más locas con la antimateria», sentencia.

Se refiere a la posibilidad de crearla en laboratorio y, tal vez, de componer objetos de antimateria. Una frontera nueva se abre al horizonte tecnológico más inescrutable.

Referencia

Laser cooling of antihydrogen atoms. C. J. Baker et al. Nature volume 592, pages35–42(2021). DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-021-03289-6

Foto superior: The Digital Artist. Pixabay.