En una proeza técnica, físicos hicieron las primeras mediciones de cómo los átomos de antimateria absorben la luz.

Investigadores del CERN, el laboratorio europeo de física de partículas a las afueras de Ginebra, entrenaron a un láser ultravioleta en antihidrógeno, la antimateria contraparte del hidrógeno. Ellos midieron la frecuencia de luz necesaria para impactar a un positrón — un antielectrón— desde su nivel de energía más bajo hasta el siguiente nivel y no encontraron ninguna discrepancia con la correspondiente transición de energía en el hidrógeno ordinario.

El resultado nulo sigue emocionando a los investigadores que han estado trabajando durante décadas hacia la espectroscopía de la antimateria, el estudio de cómo la luz es absorbida y emitida por la antimateria. La esperanza es que este campo pueda proporcionar una nueva prueba de una simetría fundamental de las leyes conocidas de la física, llamada simetría CPT (carga-paridad-tiempo).

La simetría CPT predice que los niveles de energía de la antimateria y la materia deben ser los mismos. La más pequeña violación de esta regla requeriría replantearse seriamente el modelo estándar de la física de partículas.

Randolf Pohl, espectroscopista de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz, Alemania, apenas podía contener su emoción. “Guau”, dijo a Nature en un correo electrónico. “Después de todos estos años, estos chicos finalmente han logrado hacer espectroscopía óptica en antihidrógeno. Este es un hito en la investigación de los átomos exóticos”.

“Es increíble que uno, en la medida de lo posible, pueda controlar la antimateria”, dice Michael Peskin, físico teórico del Laboratorio Nacional de Aceleración de SLAC en Menlo Park, California.

ANTIHIDROGENO FRÍO

El estudio de la antimateria es extremadamente difícil porque se destruye cuando entra en contacto con la materia ordinaria. En 2010, la colaboración ALPHA del CERN demostró cómo mantener el antihidrógeno en una trampa magnética — y desde entonces, han estado trabajando para estudiar sus interacciones con la luz–.

Cada 15 minutos aproximadamente, el grupo ALPHA puede producir alrededor de 25.000 átomos de antihidrógeno. Para hacerlos, los físicos combinan positrones, emitidos por una sustancia radioactiva, con antiprotones, producidos por un acelerador de partículas, luego son ralentizados y enfriados.

La mayoría de estos átomos son demasiado 'calientes' —se mueven demasiado rápido y están en un estado de energía demasiado alto— para estudios de espectroscopía. Así que los investigadores deben dejarles escapar de la trampa magnética, dejando solo un puñado de los átomos de antihidrógeno de energía más lentos y de menor energía. Perfeccionar esta técnica tomó años, dice el portavoz de ALPHA, Jeffrey Hangst. “Hacer antihidrógeno es relativamente fácil; hacer antihidrógeno frío es realmente difícil”, dice.

Finalmente, el equipo de ALPHA fue capaz de ver si, cuando los investigadores llevaban la luz de un láser a una frecuencia en particular, los átomos de antihidrógeno actuaban como sus homólogos de hidrógeno. El grupo dice que lo hacen: la transición de energía es coherente con una precisión de 2 partes en 10.000 millones, informan el 19 de diciembre en Nature.

“Pones tanto esfuerzo en algo y finalmente triunfa. Casi no hay palabras para describirlo”, dice Hangst.

A continuación, los investigadores esperan investigar el antihidrógeno con una amplia gama de energías láser. Esto podría proporcionar una prueba más estricta de la equivalencia materia-antimateria y de simetría CPT.

Muchas teorías —como la teoría de cuerdas— que va más allá del modelo estándar al combinar la gravedad con las otras tres fuerzas fundamentales de la física subatómica, implica algún tipo de violación de la CPT, dice Peskin. “Por lo tanto, no está del todo claro si CPT es una verdadera simetría de la naturaleza”, dice.

Otros dos experimentos en el CERN —llamados ATRAP y ASACUSA— estaban compitiendo con ALPHA para medir la espectroscopía de antimateria. Gerald Gabrielse, líder de ATRAP y físico de la Universidad de Harvard en Cambridge, Massachusetts, dice que fue el primero en proponer, hace casi 30 años, medir la transición de energía particular en el antihidrógeno que el equipo de ALPHA ha reportado. “Comenzamos diez años antes y llegaron a este resultado primero”, dice. “Felicitaciones a ALPHA”.

Este artículo se reproduce con permiso y se publicó por primera vez el 19 de diciembre de 2016.