La antimateria es una imagen especular de la materia

Un equipo internacional de físicos que quería determinar la más pequeña distinción entre materia y antimateria alcanzó sin pretenderlo un récord en la medida de precisión: por primera vez en la historia consiguió una medida de la antimateria más precisa que la de la materia.

Estableció que el momento magnético de los protones y los antiprotones es prácticamente idéntico en ambos casos. El momento magnético de una partícula determina la forma en que una partícula reacciona ante una fuerza magnética externa.

Según un artículo publicado en la revista Nature, del que informa el CERN en un comunicado, la precisión de la medida para la antimateria es 2.792 847 344 1 (expresada en unidad de magnetón nuclear) y de 2.792 847 350 para el protón (materia), según una medida realizada en 2014. Esta constatación pone de manifiesto que la antimateria es una imagen especular precisa de la materia.

Según explica uno de los autores de la investigación, Christian Smorra, si existiera una simetría completa entre la materia y la antimateria, el universo no podría existir. Por lo tanto, como el universo realmente existe, debe haber una asimetría entre el protón y el antiprotón, aunque no sabemos dónde está.

Puede encontrarse tal vez, según otro investigador, Stefan Ulmer, en otra característica fundamental de las partículas, como la masa, porque necesariamente debe haber una diferencia entre la materia y la antimateria.

A nivel de las partículas elementales existe una simetría casi exacta entre materia y antimateria, pero a escala cosmológica la materia domina sobre la antimateria. Los físicos comparan las propiedades de partículas y antipartículas con una gran precisión para descifrar esta contradicción.

Se cree que cualquier diferencia significativa en los valores de la materia y la antimateria cuestionaría el modelo estándar de la física de partículas y podría abrir las perspectivas de una nueva física.

Una de las medidas más difíciles

Ulmer añade que este resultado es la consecuencia de numerosos años de investigación, especificando que se trata de una de las medidas más difíciles jamás conseguidas en una trampa de iones conocida como trampa de Penning.

Las trampas de Penning son utilizadas para el almacenamiento de partículas cargadas usando un campo magnético estático constante y un campo eléctrico espacialmente  no homogéneo. En este caso, han permitido atrapar la antimateria cargada eléctricamente con el fin de estudiarla, para lo cual debe mantenerse separada de la materia, evitando así su destrucción.

La medida se ha conseguido gracias a un nuevo método que se apoya en medidas simultáneas efectuadas sobre dos antiprotones atrapados separadamente en dos trampas de Penning. El resultado conseguido permite una comparación entre materia y antemateria de una precisión inédita.

El resultado es compatible con la hipótesis de momentos magnéticos iguales para el protón y el antiprotón, señala el CERN. La incertidumbre de esta nueva medida experimental del antiprotón es significativamente más débil que la correspondiente a la medida equivalente para el protón.

Es probablemente la primera vez que los físicos consiguen una medida más precisa de la antimateria que de la materia, lo que demuestra el extraordinario progreso alcanzado por el desacelerador de protones del CERN, según Smorra.

El desacelerador de antiprotones del CERN produce antiprotones de baja energía para “fabricar” átomos de antimateria y así poder estudiarlos. El desacelerador consigue “controlar” y transformar esos antiprotones en haces de baja energía para ser investigados.

Referencia

A parts-per-billion measurement of the antiproton magnetic moment.  Nature 550, 371–374 (19 October 2017) doi:10.1038/nature24048.