La antimateria que enfría el láser ralentiza su movimiento

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Investigadores de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) utilizaron con éxito el láser para enfriar la antimateria hasta casi el cero absoluto. 

La antimateria enfriada alcanzó temperaturas de solo una vigésima parte de un grado por encima del cero absoluto (menos 459,67 F), que era más de 3.000 veces más fría que la temperatura más fría registrada en la Antártida.

00  Láser para enfriar antimateria a casi cero absoluto 00

La técnica de enfriamiento por láser, que los investigadores desarrollaron como parte del experimento del Aparato de Física Láser Antihidrógeno (ALPHA), posiblemente permita a los científicos realizar mediciones más precisas de la antimateria y eventualmente responder algunas de las preguntas más importantes de la física, como por qué la antimateria es tan escaso en el cosmos.

La antimateria que enfría el láser ralentiza su movimiento

00 Láser para enfriar antimateria a casi cero absoluto 00

La antimateria es la versión en espejo de la materia «ordinaria», o cualquier material que esté formado por un protón, un electrón y un neutrón. En otras palabras, las antipartículas son idénticas a las partículas ordinarias excepto por sus propiedades físicas inversas: donde un electrón tiene una carga negativa, su contraparte de antimateria, el positrón, tiene una carga positiva. De manera similar, un protón tiene una carga positiva mientras que un antiprotón tiene una carga negativa.

Se ha demostrado que la antimateria existe, pero es extremadamente difícil de estudiar  porque se desintegra cuando entra en contacto con la materia ordinaria. También se mueve a velocidades vertiginosas, por lo que aunque los científicos ahora pueden producir y atrapar antimateria, realizar observaciones precisas de este misterioso material sigue siendo un gran desafío.

Los científicos del CERN, que opera el laboratorio de física de partículas más grande del mundo, lograron recientemente reducir la velocidad de los antiprotones desde casi la velocidad de la luz a velocidades más manejables. Esto permitió a los físicos crear antiatómicos y realizar algunas pruebas, como estudiar las propiedades del antihidrógeno, que es el átomo más simple hecho de antimateria pura.

Pero para que los científicos puedan realizar mediciones más complejas y precisas, tendrían que ralentizar aún más la antimateria. Con ese fin, ALPHA investiga la antimateria enfriada por láser, ya que el enfriamiento por láser ralentiza el movimiento de las partículas.

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Primero, el equipo aceleró partículas ordinarias a una velocidad cercana a la de la luz y las aplastó para crear antipartículas. Luego ralentizaron estas antipartículas utilizando campos magnéticos y eléctricos extremadamente fuertes. Esto permitió a los investigadores confinar nubes de positrones y antiprotones dentro de un campo magnético hasta que estas antipartículas se combinaran para formar antihidrógeno.

Luego, los investigadores desarrollaron un láser compuesto de fotones (partículas de luz) para enfriar el antihidrógeno. El láser se sintonizó en la longitud de onda correcta para que cualquier antiatómico que se moviera hacia el láser se ralentizara poco a poco.

“Es como si estuviéramos disparando una pequeña bola al átomo, y la bola es muy pequeña, por lo que la desaceleración en esta colisión es muy pequeña, pero lo hacemos muchas veces y, finalmente, el gran átomo se desacelerará ”, Explicó Makoto Fujiwara, uno de los investigadores del estudio que trabaja como científico en TRI-University Meson Facility , la instalación nacional de aceleración de partículas de Canadá.

El enfriamiento con láser de los átomos de antihidrógeno los ralentizó en más de un factor de 10. Cuando los investigadores midieron las transiciones de energía de los antiatómicos enfriados (el movimiento de los electrones a diferentes niveles de energía), sus mediciones fueron tres veces más precisas que las de los antiatómicos no enfriados.

Por que la antimateria enfriada es importante

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La antimateria enfriada puede permitir a los científicos realizar mediciones más precisas y descubrir diferencias sutiles entre la antimateria y la materia ordinaria. Esas diferencias pueden proporcionar información sobre las preguntas más importantes sin respuesta en física, como por qué la antimateria es tan escasa incluso si las partículas y las antipartículas probablemente se crearon en cantidades iguales cuando se formó el universo.

El enfriamiento por láser también puede abrir experimentos nuevos y más complejos sobre la antimateria. Por ejemplo, los investigadores pueden dejar caer una nube de antimateria a una cierta distancia para probar si la antimateria interactúa con la gravedad de la misma manera que la materia ordinaria. Los científicos también pueden emitir un rayo de luz sobre esta nube para comparar los niveles de energía de la antimateria con los de su contraparte regular con una precisión sin precedentes. 

«Este es realmente un hito emocionante para nosotros, pero lo que es aún más emocionante son las cosas que esto nos permite hacer en el futuro: los nuevos tipos de mediciones y experimentos que antes eran impensables con la antimateria», compartió Fujiwara.

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