Angustia por la antimateria: el universo no debería existir

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El universo no debería existir, según las nuevas medidas ultraprecisas de antiprotones.

Pero el hecho de que estoy escribiendo este artículo y lo estás leyendo, sin embargo, sugiere que estamos aquí, así que algo debe estar mal con nuestra comprensión de la física por la que se rige el universo.

El universo es la encarnación de una batalla épica entre la materia y la antimateria que ocurrió inmediatamente después del Big Bang, hace 13.820 millones de años. Evidentemente, la materia ganó, porque hay galaxias, estrellas, planetas, tú, yo, hámsteres, largas caminatas en las playas de arena y cerveza, pero cómo la materia ganada es uno de los mayores misterios que penden sobre la física. [The Strangest Things in Space]

Se predice que cantidades iguales de materia y antimateria fueron producidas en el universo primordial (una predicción básica del Modelo Estándar de Física), pero si ese es el caso, toda la materia en el universo debería haber sido aniquilada cuando entra en contacto con su contraparte antimateria – un Big Bang seguido de una gran decepción.

                    
            

Este enigma de la física se centra en la idea de que todas las partículas tienen su gemelo antimateria con los mismos números cuánticos, solo el opuesto exacto. Los protones tienen antiprotones, los electrones tienen positrones, los neutrinos tienen antineutrinos, etc .; un bello ejemplo de simetría en el mundo cuántico. Pero si uno de estos números cuánticos fuera muy ligeramente diferente entre partículas de materia y antimateria, podría explicar por qué la materia se convirtió en la "materia" dominante del universo.

Por lo tanto, en un intento de medir uno de los estados cuánticos de partículas, los físicos del Experimento de Simetría Baryon-Antibaryon (BASE) del CERN, ubicado cerca de Ginebra, Suiza, han realizado la medición más precisa del momento magnético antiprotón. BASE es una pieza compleja de hardware que puede medir con precisión los momentos magnéticos de protones y antiprotones en un intento de detectar una diferencia extremadamente pequeña entre los dos. Si hubiera alguna diferencia, esto podría explicar por qué la materia es más dominante que la antimateria.

Sin embargo, esta última medición del momento magnético de los antiprotones ha revelado que los momentos magnéticos de ambos protones y antiprotones son exactamente iguales a un nivel de precisión sin precedentes. De hecho, la medición antiprotón es incluso más precisa que nuestras mediciones del momento magnético de un protón, una hazaña deslumbrante teniendo en cuenta qué tan difíciles son de estudiar los protopones.

"Probablemente sea la primera vez que los físicos obtienen una medición más precisa para la antimateria que para la materia, lo que demuestra el extraordinario progreso logrado en el Antiproton Decelerator del CERN", dijo el físico Christian Smorra en una declaración del CERN. El Antiproton Decelerator es una máquina que puede capturar antipartículas (creadas a partir de las colisiones de partículas que ocurren en el Proton Synchrotron del CERN) y canalizarlas a otros experimentos, como BASE.

La antimateria es muy difícil de observar y medir. Si estas antipartículas entran en contacto con partículas, se aniquilan: no se puede simplemente meter un manojo de antiprotones en un matraz y esperar que jueguen bien. Por lo tanto, para evitar que la antimateria entre en contacto con la materia, los físicos tienen que crear "trampas" de vacío magnético que puedan poner en cuarentena a los antiprotones para que no toquen la materia, lo que permite un mayor estudio.

Un área importante de investigación ha sido desarrollar trampas magnéticas cada vez más sofisticadas; las más mínimas imperfecciones en el campo magnético de una trampa que contiene la antimateria pueden permitir que las partículas goteen. Cuanto más perfecto es el campo magnético, menor es la posibilidad de fuga y la antimateria más larga permanece alejándose de la materia. Con los años, los físicos han logrado registros de contención de antimateria cada vez más largos.

En este nuevo estudio, publicado en la revista Nature el 18 de octubre, los investigadores utilizaron una combinación de dos trampas Penning refrigeradas criogénicamente que contenían antiprotones en su lugar por 405 días. En ese momento, pudieron aplicar otro campo magnético a la antimateria, forzando saltos cuánticos en el giro de las partículas. Al hacer esto, podrían medir sus momentos magnéticos con una precisión asombrosa.

Según su estudio, los antiprotones tienen un momento magnético de -2,792847344142 μN (donde μN es el magnetón nuclear, una constante física). El momento magnético del protón es 2.7928473509 μN, casi exactamente el mismo: la pequeña diferencia está dentro del margen de error del experimento. Como consecuencia, si hay una diferencia entre el momento magnético de protones y antiprotones, debe ser mucho más pequeño de lo que el experimento puede detectar actualmente.

Estas diminutas medidas tienen enormes implicaciones universales, se podría decir:

"Todas nuestras observaciones encuentran una simetría completa entre la materia y la antimateria, por lo que el universo no debería existir en realidad", agregó Smorra. "Una asimetría debe existir aquí en alguna parte, pero simplemente no entendemos dónde está la diferencia"

Ahora el plan es mejorar los métodos de captura de partículas de antimateria, empujando BASE a una precisión aún mayor, para ver si realmente hay una asimetría en el momento magnético entre protones y antiprotones. Si no hay, bueno, los físicos necesitarán encontrar su asimetría en otra parte.

Sigue a Ian @astroengine. Publicado originalmente en AstroEngine.

        

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