Carlos Chimal
Además de los grandes proyectos que se llevan a cabo en el Centro Europeo de Investigaciones Nucleares (CERN), localizado en las afueras de la ciudad suiza de Ginebra y en pueblos franceses aledaños, existen algunos menos glamorosos, pero que están llevando la imaginación a extremos insospechados. Uno de ellos es Antihydrogen Laser Physics Apparatus (ALPHA) que, como su nombre lo indica, es un artefacto sofisticado de láseres que permiten crear antimateria y mantenerla durante varios minutos.
“Desde hace años se ha intentado conocer la naturaleza y comportamiento de la antimateria, si bien apenas en fecha reciente se han hecho avances notables que están permitiendo pasar al otro lado del espejo subatómico”, me aseguró Jeffey Scott Hangst, investigador y líder de este proyecto en curso.
Paul Dirac pronosticó en 1928 la existencia de partículas idénticas a las de la materia que conforman nuestra realidad, pero con carga eléctrica contraria, aunque no fue sino hasta este siglo que se empezó a conocer su naturaleza. Los cazadores de partículas suponen que luego del Big bang se crearon cantidades iguales de materia y antimateria. También sabemos que cuando una partícula material se encuentra con su par antimaterial, se aniquilan, dejando un rastro de energía pura.
¿Qué sucedió? ¿Por qué solo existe materia? ¿Aún hay antimateria proveniente de aquella época o es antimateria creada en fecha más reciente? Nadie lo sabe aún y se trata de algunas de las interrogantes de la Física contemporánea. El detector AMS, que estuvo en la Estación Espacial Internacional, solo descubrió antiprotones, más jóvenes, pero ningún antinúcleo con tal antigüedad, según me aseveró su director, el premio Nobel Samuel C C. Ting.
Tan emocionante estaba resultando el asunto de la antimateria que un grupo de físicos teóricos canadienses propuso la existencia de un antiuniverso a fin de explicar esta evidente asimetría en el nuestro. Un universo hecho de antipartículas, en donde la materia, tal como la conocemos, sería la excepción y las manecillas del reloj correrían al revés.
En nuestra realidad, donde la flecha del tiempo es imbatible, Hangst me mostró las enormes instalaciones de ALPHA, si bien no alcanzan la magnitud de cada uno los cuatro detectores que intersectan el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), no muy lejos de aquí.
Uno de los aspectos peculiares de la investigación en la que está involucrado Hangst es que maneja un puñado de antiátomos. “Mil no es nada, comparados con los millones de millones que se generan en el detector LHC-b, dedicado a estudiar el origen de la asimetría que nos ocupa”, dijo.
“Manipular antiátomos no es fácil”, aclaró, “para empezar, hay que mantener estable su existencia, que suele ser muy efímera”. Entre 1999 y 2005 se llevó a cabo aquí mismo en Ginebra el proyecto ATHENA, un primer intento de producir y mantener activos, al menos por una pequeñísima fracción de segundo, átomos de antihidrógeno.
A partir de entonces se diseñó y se puso en marcha un nuevo, ambicioso experimento, ALPHA. Sin perder la experiencia acumulada por su predecesor, ahora es posible mantener estables más tiempo antiátomos, “poco más de 16 minutos”, comentó Hangst, “tiempo suficiente para estudiar con detenimiento sus propiedades antes de difuminarse, por cierto, de una manera violenta”.
Se trata de fenómenos cataclísmicos a nivel ultra microscópico. Antes de la pandemia de Covid alcanzaron un nivel de precisión jamás logrado en la búsqueda de antimateria. “Fue un gran logro”, aseguró Hangst.
¿Cómo lo hacen?
“En el interior del detector donde se lleva a cabo la aniquilación materia/antimateria se encuentran imanes súperconductores inmersos en helio líquido”, respondió él, “los cuales son los que realmente atrapan los átomos de antihidrógeno neutros. Pero antes hay que producirlos. Para ello se emplean electrodos que generan campos eléctricos debido a un poderoso imán externo. Tales campos son la trampa temporal que nos está permitiendo empezar a estudiar las propiedades de estas antipartículas”.
De esa manera consiguen crear una nube de positrones (la antipartícula del electrón) y una nube de antiprotones, estos últimos provenientes de una fuente llamada Desacelerador de Antiprotones.
Debido a la acción refrigerante del helio líquido, dichas entidades subatómicas casi no se mueven. Instantes después, uno de los positrones se escapa de la órbita alrededor del antiprotón, se disipa en forma de energía y se obtiene la configuración del antihidrógeno. Recuérdese que la estructura del hidrógeno contiene un protón y un electrón orbitándolo.
“Obtenemos átomos de antihidrógeno neutros en una tina magnética”, agregó Hangst, “donde flotan apaciblemente y podemos observarlos uno a uno. ¿Cómo sabemos que se trata de antimateria? Porque cuando los dejamos ir, los detectores confirman su existencia. En el momento en que los pierdes, sabes que estuvieron allí. De hecho, podemos contarlos de manera individual y seguir su rastro sin confundirlo”.
¿Qué hacen con estos antiátomos?
“Queremos conocer su estructura y comportamiento, saber si son iguales a las del mundo material en el que vivimos”, afirmó Hangst, y agregó.
“Para ello utilizamos luz de láser que hacemos rebotar en espejos colocados transversalmente en ambos extremos del detector con objeto de amplificarla. Esto nos permite excitar el positrón que orbita en el nivel primario de energía y, como indica la cuántica, enviarlo al segundo nivel de energía. Al añadir dos fotones provenientes del láser el positrón salta de órbita. Cuando agregamos un tercer fotón, el positrón se aleja”.
Se entenderá que esto exige controlar con increíble precisión las dosis de energía luminosa que habrán de interactuar con el antihidrógeno. Los investigadores de ALPHA envían luz en diversas frecuencias y analizan la forma en que se comportaron los diversos antiátomos en la tina magnética, si sobrevivieron o no. Incluso han probado diversos sistemas de láser a fin de alcanzar mayores niveles cuánticos de energía.
No hace mucho dieron otro paso significativo en el conocimiento de este mundo reverso, y su relación con la luz y la gravedad del anverso. Llevaron a cabo un experimento que tiene que ver con la más enigmática de las fuerzas básicas de la naturaleza: la gravedad.
“Cuando tienes una nube de un gas como el hidrógeno, lo primero que hace es expandirse, subir y luego desciende de manera irregular. El antihidrógeno que creamos está tan frío que simplemente cae atraído por la gravedad. Estas son las primeras pruebas gravitacionales de la antimateria”
Según explica Hangst, algunos físicos habían pronosticado que la antimateria no caería hacia el centro gravitatorio de la Tierra, sino que ascendería. Por su parte, Albert Einstein pensaba lo contrario, que se comportaría como cualquier trozo de materia, y por tanto caería. Einstein tenía razón, según lo demostraron experimentos recientes de ALPHA.
“Si seguimos indagando sobre el comportamiento de la antimateria en relación con la gravedad; si, por ejemplo, encontramos que existen diferencias en la velocidad de descenso, esto podría conducirnos a una teoría cuántica gravitatoria y, quizás, ayudarnos a explicar qué pasó con la antimateria primordial, en el universo temprano”, terminó diciendo Jeffrey Hangst.
