Es una ley fundamental de la física que incluso la ciencia-fobia más ardiente puede definir:la materia cae bajo la gravedad. Pero ¿qué pasa con la antimateria? que tiene la misma masa pero carga eléctrica y giro opuestos? Según la teoría de la relatividad general de Einstein, la gravedad debe tratar la materia y la antimateria de manera idéntica. Encontrar incluso la más mínima diferencia en su tasa de caída libre conduciría a una revolución en nuestro entendimiento. Si bien la caída libre de la materia se ha medido con una precisión de alrededor de una parte en 100 billones, aún no se ha realizado ninguna medición directa de la antimateria debido a la dificultad de producirla y contenerla en grandes cantidades.

En un artículo publicado recientemente en la revista Naturaleza Comunicaciones Física , la colaboración AEgIS en Antiproton Decelerator (AD) del CERN reporta un hito importante hacia este objetivo. Utilizando nuevas técnicas desarrolladas en 2018, el equipo demostró la producción pulsada de átomos de antihidrógeno, lo que permite precisar con gran precisión el momento en el que se forman los antiatómicos.

"Esta es la primera vez que se establece la formación pulsada de antihidrógeno en escalas de tiempo que abren la puerta a la manipulación simultánea, por láser o campos externos, de los átomos formados, así como a la posibilidad de aplicar el mismo método a la formación pulsada de otros átomos antiprotónicos, ", dice el portavoz de AEgIS, Michael Doser, del CERN." Conocer el momento de la formación del antihidrógeno es una herramienta poderosa ".

El CERN es el único lugar del mundo donde se puede producir y estudiar en detalle el antihidrógeno. El antihidrógeno es un sistema ideal para probar la caída libre gravitacional y otras propiedades fundamentales de la antimateria porque tiene una larga vida útil y es eléctricamente neutra. La primera producción de antihidrógeno de baja energía, informado en 2002 por las colaboraciones ATHENA y ATRAP en el AD, implicó la recombinación de "tres cuerpos" de nubes de antiprotones y positrones. Desde entonces, progreso constante de la colaboración ALPHA de AD en la producción, manipular y atrapar cantidades cada vez mayores de antihidrógeno ha permitido determinar con exquisito detalle las propiedades espectroscópicas y de otro tipo de la antimateria.

Mientras que la recombinación de tres cuerpos da como resultado una fuente de antihidrógeno casi continua, en el que no es posible marcar el momento de la formación del antiatómico, AEgIS ha empleado un proceso alternativo de "intercambio de carga" mediante el cual la formación de átomos de antihidrógeno se activa mediante un pulso láser preciso. Esto permite determinar el tiempo en el que se produce el 90% de los átomos con una incertidumbre de alrededor de 100 ns.

Se requieren varios pasos adicionales antes de que AEgIS pueda medir la influencia de la gravedad sobre la antimateria, incluida la formación de un haz pulsado, mayores cantidades de antihidrógeno, y la capacidad de enfriarlo. "Con solo tres meses de tiempo de haz este año, y muchos equipos nuevos para poner en marcha, lo más probable es que 2022 sea el año en el que establezcamos la formación de haces pulsados, que es un requisito previo para que podamos realizar una medición de gravedad, "explica Doser.

Tras una medición de prueba de principio realizada por la colaboración ALPHA en 2013, ALFA, AEgIS y un tercer experimento de EA llamado GBAR planean medir la caída libre de antiatómicos al nivel del 1% en los próximos años. Cada uno usa diferentes técnicas, y los tres se han conectado recientemente al nuevo sincrotrón ELENA, que permite la producción de antiprotones de muy baja energía.

Dado que la mayor parte de la masa de antinúcleos proviene de la fuerza fuerte que une a los quarks, los físicos piensan que es poco probable que la antimateria experimente una fuerza gravitacional opuesta a la materia. Sin embargo, Las mediciones precisas de la caída libre de los antiatómicos podrían revelar sutiles diferencias que abrirían una importante grieta en nuestro conocimiento actual.