En un artículo publicado en la edición online de la revista Nature el 7 de marzo, el experimento ALPHA del CERN informa de un importante hito en el proceso de medir las propiedades de los átomos de antimateria. Esto continúa la noticia de que en junio de 2011 la colaboración había atrapado átomos de antihidrógeno durante largos periodos de tiempo. El último avance de ALPHA es el siguiente hito importante en el camino para poder hacer comparaciones precisas entre átomos de materia ordinaria y antimateria, contribuyendo así a desvelar uno de los misterios más profundos de la Física de Partículas, y quizás a entender por qué el Universo está hecho solo de materia.

“Hemos demostrado que podemos sondear la estructura interna del átomo de antihidrógeno”, dijo el portavoz de la colaboración ALPHA, Jeffrey Hangst, “y estamos muy contentos. Ahora sabemos que es posible diseñar experimentos para realizar medidas detalladas de los antiátomos”.

Hoy vivimos en un Universo que parece estar hecho enteramente de materia, aunque en el Big Bang materia y antimateria habrían existido en cantidades iguales. El misterio está en que la antimateria parece haber desaparecido, llevando a la conclusión de que la naturaleza debe tener una ligera preferencia por la materia sobre la antimateria. Si los átomos de antihidrógeno pueden estudiarse en detalle, como sugieren los últimos resultados de ALPHA, podrían aportar una poderosa herramienta para investigar esta preferencia.

Los átomos de hidrógeno consisten en un electrón orbitando alrededor del núcleo. Al disparar luz en ellos, los átomos pueden ser excitados, llevando a los electrones a órbitas más altas y volviendo eventualmente al llamado estado fundamental emitiendo luz. La distribución de la frecuencia de la luz emitida forma un espectro medido de forma muy precisa que, en el mundo de la materia, es exclusivo del hidrógeno. Principios básicos de la física sostienen que el antihidrógeno debe tener un espectro idéntico al hidrógeno. La medida de este espectro es el objetivo fundamental de la colaboración ALPHA.

Dilucidar las características del antihidrógeno

“El hidrógeno es el elemento más abundante en el Universo, y entendemos su estructura muy bien”, dijo Hangst. “Ahora podemos por fin empezar a dilucidar las características del antihidrógeno. ¿Son diferentes? El tiempo dirá”.

En el artículo publicado, ALPHA informa de la primera, aunque modesta, medida del espectro del antihidrógeno. En el experimento ALPHA, los átomos de antihidrógeno son atrapados por un sofisticado sistema de campos magnéticos que actúan sobre la orientación magnética de los átomos de antihidrógeno.

Haciendo incidir microondas con una frecuencia precisa en los átomos de antihidrógeno, la colaboración ALPHA cambia la orientación magnética de los átomos de antihidrógeno, liberándolos así de la trampa. Cuando esto sucede, el antihidrógeno se encuentra con la materia ordinaria y ambos se aniquilan, dejando un patrón característico en detectores de partículas situados alrededor de la trampa.

Esta medida muestra que es posible realizar experimentos en los que pueden cambiarse las propiedades internas de los átomos de antihidrógeno al incidir microondas en ellos. En el futuro próximo, ALPHA trabajará en mejorar la precisión de las mediciones de microondas y realizar mediciones complementarias del espectro del antihidrógeno mediante láser.