La materia y la antimateria: pero ¿dónde está la diferencia?

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Tras medir la transición 1S-2S del antihidrógeno, ahora el experimento ALPHA del CERN ha medido su estructura hiperfina. La precisión, dos partes en 1012, es dos órdenes de magnitud mayor que antes pero tres menor que en las mediciones análogas con hidrógeno [Mikkel D. Lund]

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No es fácil ser un investigador de la antimateria. Tendría que haber una diferencia esencial entre la materia y la antimateria. Tras el Big Bang tuvo que crearse más materia que antimateria. Aquella pequeña diferencia, a la que le debemos nuestra existencia, no se  deja, sin embargo, ver fácilmente.

En este sentido, la investigación hasta ahora más precisa del antihidrógeno ha sido una desilusión. Ahora se puede aseverar que la línea espectral llamada 1S-2S de los antiátomos es igual a la línea correspondiente del hidrógeno con una incertidumbre todavía menor que la medida con anterioridad, cuentan los físicos de la colaboración ALPHA, del CERN, en Nature.

En realidad ya habían medido la señal el año pasado. La línea espectral 1S-2S del hidrógeno es la transición más simple del único electrón en órbita que el hidrógeno tiene alrededor del núcleo atómico. Se hace que el electrón suba a su segundo nivel de energía más alto, Cuando cae de nuevo, emite una partícula de luz, un fotón, de una determinada longitud de onda

El antihidrógeno consiste en un antiprotón, en vez de un protón, alrededor del cual gira un positrón (la antipartícula del electrón). Pero las leyes del electromagnetismo y el modelo estándar tratan a a las partículas exactamente igual a las antipartículas, conforme a la simetría fundamental CPT, que el modelo estándar respeta: el positrón del antihidrógeno, cuando cae desde su segundo nivel de energía, emite un fotón con exactamente la misma longitud de onda que el electrón del hidrógeno. Eso es lo que se comprobó con bastante precisión ya el año pasado.

Ahora, los investigadores buscaban si había alguna diferencia entre las energías del hidrógeno y el antihidrógeno al medir la transición entre niveles de energía de 15.000 átomos de antihidrógeno con tanta precisión que se captase uno de sus componentes llamados hiperfinos, que se deben a la interacción entre el magnetismo del núcleo del átomo o antiátomo  y el del electrón o positrón, y que dependen también del campo magnético externo. Para ello usaron diferentes grupos de frecuencias de luz láser ligeramente diferentes. Obtuvieron que también esa estructura hiperfina de los niveles atómicos era igual, dentro de lo que podían distinguir, a la del hidrógeno. Su medición fue tan precisa que habría podido distinguir una diferencia hasta en el duodécimo decimal.

Por lo tanto, sigue sin presentarse alguna diferencia entre la materia y la antimateria. Los científicos no han llegado al final de su programa de investigación: toda una serie de experimentos  de precisión deberían sacar a luz en los próximos años otras características de la antimateria. Quizá entonces aparezca alguna diferencia con respecto a los átomos ordinarios, o esa es la esperanza de los investigadores.

Robert Gast /spektrum.de

Artículo traducido y adapatado por Investigación y Ciencia con permiso de Spektrum der Wissenschaft.

Referencia: «Characterization of the 1S–2S transition in antihydrogen», de M. Ahmadi et al. en Nature, publicado en Internet el 4 de abril de 2018.