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Por Mariana Pereyra

 

Un estudio confirma que bajo la acción de la gravedad la antimateria se comporta igual que la materia

 

A fines de septiembre, con el revolucionario experimento llamado ALPHA, sucesor del experimento de antimateria ATHENA, los científicos E.K. Anderson de la Universidad de Aarhus (Dinamarca), C.J. Baker de la Universidad de Swansea (Reino Unido), W. Bertsche de la Universidad de Manchester (Reino Unido) y otros colaboradores publicaron en la revista Nature, el estudio Observation of the effect of gravity on the motion of antimatter. Este experimento, realizado en la fábrica  de antimateria del Centro Europeo para la Investigación Nuclear (CERN), reveló que la antimateria se comporta como la materia bajo la acción de la gravedad, marcando un hito significativo en la comprensión de las fuerzas fundamentales del universo.
El proyecto ALPHA, establecido a finales del 2005 con objetivos de investigación en el campo de la física de partículas, fabrica, captura y estudia átomos de antihidrógeno y los compara con átomos de hidrógeno (en su estructura física).
Inserción del aparato ALPHA. Créditos: CERN.
El CERN es un laboratorio de investigación de la estructura fundamental de las partículas que componen todo lo que existe en el universo, especializado en física experimental y teoría de partículas. Se encuentra en la frontera de Suiza y Francia. En concreto, posee el acelerador de partículas más grande del mundo: Gran Colisionador de Hadrones (LHC, según siglas de su nominación en inglés, Large Hadron Collider). El LHC consta de un anillo de 27 kilómetros de imanes superconductores con una serie de estructuras aceleradoras que tienen por objeto aumentar la energía de las partículas a medida que recorren el anillo.
El objetivo principal del CERN es conocer mediante el estudio de las partículas que lo componen: la naturaleza del universo, de qué está compuesto y cuál fue su origen.
Antimateria 
Por primera vez en la historia, el 15 de septiembre de 1995 se crearon átomos de antihidrógeno bajo el proyecto Lear (fábrica de antimateria) que se llevó a cabo en el CERN. 
Entender qué es la antimateria no es difícil. Es un tipo de materia que está constituido por antipartículas, partículas con la misma masa de las partículas de la materia conocida, pero con carga eléctrica opuesta. La antipartícula del electrón es el positrón y la antipartícula del protón es el antiprotón.
La antimateria tiene una propiedad importante. Cuando entra en contacto directo con la materia, ambas se aniquilan, liberando una gran cantidad de energía bajo la forma de fotones de alta energía. Lo mismo ocurre con otros posibles pares partícula/antipartícula. 
El átomo de hidrógeno es el átomo más simple de todos. Está formado por un solo protón orbitado por un electrón. Unas tres cuartas partes de toda la materia ordinaria del universo es hidrógeno y el átomo de hidrógeno es uno de los sistemas mejor comprendidos en física. 
La comparación con el antihidrógeno ofrece una ruta para comprender la física que comprende la materia y la antimateria en el universo.

 

 

En una explicación reducida, la receta de creación de la antimateria consiste en crear el antihidrógeno. Se inicia con la generación de antiprotones, es decir, con la producción de protones con carga negativa en aceleradores de partículas donde partículas subatómicas son aceleradas a velocidades cercanas a la de la luz (aproximadamente a unos 300 000 kilómetros por segundo). 
En simultáneo se generan positrones, es decir, electrones con carga positiva. Los positrones se obtienen mediante la desintegración de ciertos radioisótopos. Los radioisótopos son, en esencia, la forma inestable de un elemento que emite radiación para transformarse en una forma más estable.
En la fase siguiente, los antiprotones y positrones se combinan hábilmente para formar antihidrógeno. Este proceso requiere una precisión extrema, ya que las partículas deben ser ralentizadas y dirigidas con gran precisión para evitar colisiones no deseadas. El empleo de una trampa magnética resulta ser una herramienta esencial en este paso, ya que permite contener los átomos de antimateria y evitar que entren en contacto con la materia ordinaria (lo que resultaría en su aniquilación mutua).
Para llevar a cabo estos procedimientos como mencionamos anteriormente, se utilizan aceleradores de partículas, como el LHC, cuya función consiste  principalmente en acelerar partículas subatómicas y colisionarlas en experimentos de alta energía.
CMS (por sus siglas del nombre en inglés, Compact Muon Solenoid), parte del LHC. Créditos: CERN.
Gravedad según Albert Einstein
En la actualidad, el legado histórico de Isaac Newton en relación con la gravedad, y presentado en el siglo XVII, es ampliamente reconocido. Se cuenta la anécdota de que su inspiración surgió al observar una manzana caer al suelo desde un árbol, llevándolo a reflexionar sobre la razón detrás de este fenómeno. Sin embargo, surgían varias preguntas intrigantes: ¿cómo se comportaría una manzana compuesta de antimateria?, ¿seguiría las mismas leyes gravitacionales si existiese? 
A primera vista la idea podría sonar demasiado peculiar. Sin embargo, condujo al cuestionamiento de si las reglas familiares de la gravedad se aplicarían de la misma manera en aquel contexto singular. 
Así fue que a finales del año 1915, el científico nacido en Alemania, Albert Einstein (1879-1955) postuló la Teoría de Relatividad General.

 

 

En esa teoría, reformuló por completo el concepto de la gravedad y estableció que la geometría del universo está intrínsecamente determinada por la materia que lo constituye. A consecuencia de esta teoría surgió la cosmología que estudia las leyes generales, el origen y la evolución del universo.
En la teoría de la relatividad general, Einstein postula que el espacio y el tiempo son relativos, combinándose en un continuo conocido como espacio/tiempo. Predijo, además, que la masa de los objetos ejerce una influencia sobre el espacio/tiempo, curvándolo de manera similar a la manera en que el peso de una manzana curva una tela cuando cae sobre ella.

 

Ilustración de la Tierra curvando el continuo del espacio-tiempo (gravedad). 

 

 

En los tiempos de Einstein aún no se había descubierto la antimateria. Sin embargo, el más influyente físico del siglo XX, había postulado que “todas las masas deben reaccionar de manera idéntica ante la gravedad, independientemente de su estructura”. Así que nuevamente sin conocer la existencia de estas antipartículas, tenía razón.
Reacción de la antimateria ante la gravedad 
A más de 100 años de los postulados de la relatividad, recientemente se descubrió que la antimateria sufre la fuerza de atracción debido a la manifestación de la gravedad que la rodea. En tal sentido, el físico Jeffrey Hangst, parte del equipo del experimento Alpha afirmó: «En física no se sabe realmente algo hasta que se observa. Este es el primer experimento directo que observa realmente un efecto gravitacional sobre el movimiento de la antimateria. Es un hito en el estudio de la antimateria que todavía nos desconcierta por su aparente ausencia en el universo”.

 

Jeffrey Hangst en ALPHA. Créditos: CERN-ALPHA.
El proyecto Alpha lleva a cabo grandes experimentos para estudiar la antimateria, creando átomos de antihidrógeno. Alpha cuenta con un dispositivo llamado Alpha-g. La “g” en su nombre representa la aceleración local por la gravedad: alrededor de 9.81 metros por segundo cuadrado en el caso de la materia. Este aparato permite medir las posiciones verticales donde los átomos de antihidrógeno se aniquilan con la materia cuando se desactiva el campo magnético de la trampa, permitiendo que los átomos escapen y proporcionando información valiosa sobre su comportamiento.
Comenta Hangst: «Nos ha llevado 30 años aprender cómo hacer este antiátomo, retenerlo y controlarlo lo suficientemente bien como para que podamos dejarlo caer de manera que sea sensible a la fuerza de la gravedad. El siguiente paso es medir la aceleración con la mayor precisión posible. Queremos comprobar si la materia y la antimateria caen realmente de la misma manera”.
El continuo avance en la física de partículas, ejemplificado por instituciones como el CERN, no sólo desentraña los misterios fundamentales del universo, sino que también es un catalizador para la innovación que moldeará el futuro de la ciencia y la tecnología a escala global. 
Fuentes
Observation of the effect of gravity on the motion of antimatter
ALPHA experiment at CERN observes the influence of gravity on antimatter
Alpha
CERN
The story of antimatter
Introducing ALPHA-g, a new experiment to measure the effect of gravity on antimatter
La Gravedad NO ES UNA FUERZA | El Principio de Equivalencia
Portrait of Spokesperson Jeffrey Hangst

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