El experimento permitió controlar los estados cuánticos de un positrón y abre la puerta a nuevas pruebas sobre las diferencias entre materia y antimateria
Concepto abstracto sobre antimateria.sakkmesterke/GETTY IMAGES
Un equipo de físicos de Northwestern University, en Estados Unidos, consiguió mantener atrapada durante meses una sola partícula de antimateria, enfriarla a temperaturas cercanas al cero absoluto y controlar sus estados cuánticos con gran precisión sin siquiera tocarla. El experimento, publicado en la revista científica Physical Review Letters, representa un avance que la universidad describe como algo similar a haber conseguido “domesticar” una partícula de antimateria.
La antimateria es uno de los grandes misterios de la física. Las matemáticas predicen que cada partícula de materia tiene una antipartícula equivalente, algo que los científicos han comprobado experimentalmente. Sin embargo, aunque el universo debería contener cantidades similares de ambas, casi todo lo que observamos está formado por materia ordinaria y todavía no sabemos por qué.
Es posible producir antimateria en laboratorios, pero estudiarla presenta dificultades. Cuando una antipartícula entra en contacto con su equivalente de materia ordinaria, ambas se aniquilan y liberan energía. Para evitar que los centros de investigación exploten, los científicos utilizan cámaras de vacío y campos electromagnéticos que permiten mantener las antipartículas aisladas. Así han conseguido conservarlas durante periodos prolongados. Pero el problema solo esta parcialmente solucionado. Estudiar y controlar su comportamiento a escala cuántica sigue siendo complicado.
En este experimento, los investigadores de Northwestern trabajaron con un positrón, la antipartícula del electrón. El equipo, dirigido por Gerald Gabrielse, desarrolló un dispositivo conocido como ciclotrón cuántico de un positrón, con el que consiguió mantener una sola antipartícula atrapada durante meses y controlar sus estados cuánticos.
Los físicos utilizaron campos eléctricos y magnéticos para mantener al positrón suspendido en el vacío, a una temperatura cercana al cero absoluto. En estas condiciones consiguieron llevarlo a su estado de menor energía y provocar cambios controlados en su comportamiento cuántico. También pudieron observar esos cambios sin destruir la partícula, lo que les permitió repetir las mediciones sobre el mismo positrón.
Con la tecnología actual, es inconcebible viajar al borde del sistema solar o a otros sistemas en tiempos "humanos". Una esperanza es idear propulsores de antimateria, pero hay que invertir.
¿Qué podemos descubrir si controlamos la antimateria?
Los científicos saben que la materia y la antimateria tienen propiedades muy similares. Por ejemplo, un electrón y un positrón poseen exactamente la misma masa, aunque sus cargas eléctricas son opuestas. Sin embargo, todavía quieren comprobar hasta qué punto se parecen y si existen pequeñas diferencias que hayan pasado inadvertidas en los experimentos realizados hasta ahora.
Para responder estas preguntas, los investigadores quieren comparar las propiedades magnéticas de ambas partículas. Los físicos ya han realizado mediciones muy precisas con electrones, pero alcanzar el mismo nivel con positrones ha resultado más complicado. Según la Sociedad Estadounidense de Física, el nuevo dispositivo podría permitir mediciones unas 30 veces más precisas que las anteriores.
Por ahora, el experimento no ha revelado ninguna diferencia inesperada entre ambas partículas. Lo que han conseguido los investigadores es mejorar la capacidad para buscarlas. Si las futuras mediciones encuentran que un positrón responde a los campos magnéticos de manera distinta a la prevista, los científicos tendrían que revisar algunas de las leyes que utilizan para explicar el comportamiento de la materia y la antimateria.
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