Los físicos han creído que el universo está hecho tanto de materia como de antimateria desde la década de 1930. Si bien somos muy conscientes de lo que es la materia física, la antimateria sigue siendo una sustancia esquiva.

Pero eso está a punto de cambiar:nuestra investigación recientemente publicada sobre el antihidrógeno, la contraparte de la antimateria del hidrógeno, presagia una nueva era en el esfuerzo por comprender más sobre la antimateria y cómo se las ha arreglado para evadirnos.

Entonces, ¿qué es la antimateria? A finales de la década de 1920, Paul Dirac predijo la existencia de partículas "espejo", contrapartes opuestas a los electrones y protones ya conocidos. Estas partículas espejo tenían carga opuesta, por lo que eran un electrón positivo y un protón negativo, que luego se denominaron positrón y antiprotón. El positrón fue descubierto unos años más tarde en 1932, pero los científicos tardaron hasta 1955 en descubrir el antiprotón.

El descubrimiento fue complicado ya que la antimateria no parece prevalecer en el universo. De hecho, el antiprotón solo se descubrió porque se construyó un acelerador de partículas específicamente para crearlos.

Según la famosa ecuación de Einstein, E =mc², la masa se puede convertir en energía y viceversa. El acelerador funcionaba suministrando suficiente energía para crear antiprotones convirtiendo la energía en masa. La masa es un contenedor compacto de energía, pero normalmente no se puede liberar todo, incluso un arma nuclear solo libera una pequeña fracción de la energía de su masa.

Cuando una partícula y su antipartícula se juntan, se aniquilan entre sí, es decir, chocan y desaparecen, y toda su energía de masa se libera en un estallido de luz. Lo contrario también es cierto:con suficiente energía, podemos crear materia, pero como aniquilación, este proceso también es simétrico, de modo que la materia y la antimateria siempre se crearán en cantidades iguales.

Este es el proceso mediante el cual se creó el primer antiprotón, y todavía es lo que usamos hoy. Pero es increíblemente ineficiente:en un proceso de creación típico en el desacelerador antiprotón del CERN, aproximadamente 1 m de protones chocan con un objetivo metálico para producir un solo antiprotón.

¿Por qué eso importa?

Los físicos creen que el universo fue creado en el Big Bang hace miles de millones de años, y en particular, que comenzó tan caliente y diminuto que no se pudieron formar partículas desde el principio. Mientras esta sopa de energía primordial se enfrió, partículas y antipartículas formadas en cantidades iguales. Pero menos de un segundo después del Big Bang, sucedió algo que provocó una asimetría, dejando un pequeño exceso de materia. Entonces, ¿a dónde se fue toda la antimateria? Simplemente no lo sabemos, este es uno de los mayores misterios de la física.

No hay explicación para esta asimetría, de hecho, no podemos explicar cómo podemos estar aquí, ya que esta asimetría es necesaria para el universo que sabemos que existe.

A pesar de muchas vidas de cuidadosa observación de los cielos, Hasta ahora no se han encontrado pistas que nos digan por qué existe esta asimetría entre materia y antimateria. Muchos científicos han estudiado la antimateria de diversas formas, para tratar de desentrañar si hay alguna diferencia fundamental entre él y la materia que podría haber causado esta asimetría. El método tradicional es observar los resultados de las colisiones de alta energía, por ejemplo, utilizando el gran colisionador de hadrones del CERN. Sin embargo, ahora estamos buscando una alternativa muy prometedora a esto.

El hidrógeno es la sustancia más abundante del universo y consta de un solo electrón y un protón. Es justo decir que es el sistema mejor entendido en física, tanto experimental como teóricamente. También jugó un papel clave en los descubrimientos que llevaron a la mecánica cuántica. Las propiedades internas del hidrógeno se han estudiado con asombrosa precisión utilizando láseres, y la diferencia de energía entre su estado fundamental y el primer estado excitado, donde tiene un exceso de energía, se conoce en detalle. Es similar a una cuerda de guitarra:su estado fundamental significa que la cuerda no está vibrando y un estado excitado significa que sí. Cuanto más vibra, cuanto más emocionado está.

Durante más de 30 años, Los investigadores han estado trabajando para desentrañar el misterio de la antimateria usando antihidrógeno, y acabamos de lograr un gran avance.

Lo que acabamos de hacer es iluminar con luz láser los átomos de antihidrógeno atrapados y excitarlos a su primer estado de excitación. Podemos estudiar su comportamiento a medida que obtienen energía de la luz láser (se emocionan). Finalmente, se rompen, así es como podríamos saber que habían absorbido la energía.

Una de las razones por las que ha sido tan difícil hacer esto es que la antimateria siempre se aniquila cuando se encuentra con la materia. Esto hace que sea difícil de almacenar, no se puede simplemente poner en una botella. Sin embargo, ya hemos logrado fabricar y retener antihidrógeno utilizando una serie de electroimanes que pueden restringirlo, lo que nos permitió hacer esta investigación.

Esta primera medición nos permite comparar hidrógeno y antihidrógeno con una precisión sin precedentes; de hecho, es la comparación más precisa de un átomo y un antiatómico jamás realizada.

Usando esta medida, se ven idénticos, y aunque eso era de esperar, es la primera confirmación experimental. Por ahora, el misterio de la esquiva antimateria continúa, pero es algo que seguimos persiguiendo.

Este artículo se publicó originalmente en The Conversation. Lea el artículo original.