El experimento Atomic Spectroscopy And Collisions Using Slow Antiprotons (ASACUSA) del CERN ha producido por primera vez un haz de átomos de antihidrógeno, en concreto, 80 seguidos. El avance servirá para realizar estudios espectroscópicos con este tipo de átomos.
En un artículo publicado hoy en Nature Communications, la colaboración internacional de ASACUSA informa de la detección de 80 átomos de antihidrógeno 2,7 metros después de su producción, donde la influencia de los campos magnéticos usados para producir los antiátomos es pequeña.
Según los científicos, este resultado es un importante paso adelante para realizar estudios precisos con espectroscopía de átomos de antihidrógeno.
La antimateria primordial (producida en los primeros instantes tras el Big Bang) nunca ha sido observada en el universo, y su ausencia sigue siendo uno de los mayores enigmas científicos. Sin embargo, es posible producir significativas cantidades de antihidrógeno en los experimentos del CERN.
Esquema de trampa antihidrógeno de ASACUSA. / CERN
Los espectros del hidrógeno y el antihidrógeno deberían ser idénticos, según la teoría, por lo que cualquier pequeña diferencia abriría una ventana al descubrimiento de 'nueva física', y podría ayudar a resolver el enigma de la antimateria.
El átomo de hidrógeno es el más simple (un protón acompañado por un electrón), y por ello uno de los sistemas más estudiados y mejor comprendidos en Física. Por tanto, las comparaciones entre átomos de hidrógeno y antihidrógeno es una de las mejores formas de medir con precisión la simetría entre materia y antimateria.
Ambas se aniquilan inmediatamente cuando se encuentran, así que, además de crear antihidrógeno, uno de los retos es mantener los antiátomos aislados de la materia ordinaria. Para lograrlo, los experimentos aprovechan las propiedades magnéticas del antihidrógeno (similares a las del hidrógeno) y usan campos magnéticos no uniformes muy intensos para 'atrapar' antiátomos el tiempo suficiente para estudiarlos.
Sin embargo, la intensidad de estos campos magnéticos degrada las propiedades espectroscópicas de los antiátomos. Para permitir estudios de espectroscopía de alta resolución, la colaboración ASACUSA ha desarrollado un innovador sistema para transferir átomos de antihidrógeno a un lugar donde pueden ser estudiados 'en vuelo', lejos del intenso campo magnético.
"Los antiátomos de hidrógeno no tienen carga eléctrica, por lo que es un gran reto transportarlos desde la trampa”, explica Yasunori Yamazaki, investigador japonés de RIKEN que lidera la colaboración ASACUSA.
“Nuestros resultados son muy prometedores para estudios de alta precisión de átomos de antihidrógeno –continúa–, particularmente en su estructura hiperfina, una de las dos propiedades mejor conocidas del hidrógeno. Su medida en antihidrógeno permitirá la prueba más precisa de la simetría entre materia y antimateria. Estamos ansiosos por empezar de nuevo las pruebas este verano con un dispositivo incluso mejor".
El siguiente paso para el experimento ASACUSA será optimizar la intensidad y la energía cinética de los haces de antihidrógeno, y entender mejor su estado cuántico.
Los progresos en experimentos que trabajan con antimateria en el CERN han avanzado significativamente en los últimos años. En 2011, el experimento ALPHA anunció haber atrapado átomos de antihidrógeno durante 1.000 segundos (unos quince minutos), y la observación de transiciones hiperfinas de los antiátomos atrapados en 2012. Y en 2013 el experimento ATRAP anunció la primera medida directa del momento magnético de un antiprotón, con una precisión nunca antes lograda.
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