Si bien estos son datos preliminares, los científicos creen que las mediciones repetidas confirmarán sus hallazgos iniciales.
Los físicos del proyecto ALPHA, con sede en el CERN, presentaron los primeros datos sobre mediciones de la estructura fina del espectro de partículas de antimateria, de los que se pueden sacar conclusiones sobre la estructura de sus niveles de energía cuántica. En esto, resultó ser similar a la materia ordinaria, escriben los científicos en un artículo publicado por la revista científica Nature.
“El descubrimiento de cualquier discrepancia en las propiedades de la materia y la antimateria sacudirá literalmente los cimientos del Modelo Estándar. Estas mediciones nos ayudaron a realizar nuestro sueño de larga data y estudiar algunos aspectos de la interacción de la antimateria con el espacio circundante, incluida la medición del cambio de sus niveles de energía más bajos , dijo el representante oficial del proyecto ALPHA Jeffrey Hangst, según los resultados del trabajo.
Los cosmólogos sugieren que en el Universo en los primeros momentos de su vida, la materia y la antimateria eran aproximadamente iguales. Todas las propiedades químicas y físicas de sus partículas, con la excepción de la carga, deberían haber sido las mismas, a menos que, por supuesto, el Modelo Estándar sea incompleto o erróneo (esta teoría describe la mayoría de las interacciones de todas las partículas elementales ahora conocidas por la ciencia).
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Sin embargo, esto contradice la existencia misma de la realidad, ya que todas las partículas de materia y antimateria tuvieron que destruirse entre sí, chocando y aniquilándose mutuamente en los primeros momentos posteriores al Big Bang. Por lo tanto, los científicos han estado discutiendo durante muchas décadas y se preguntan por qué prácticamente no hay antimateria en el Universo observable.
Muchos físicos creen que la respuesta a este enigma radica en las más mínimas diferencias en las propiedades, el comportamiento y la estructura de las partículas de antimateria y materia. Los científicos han encontrado recientemente muchos indicios de que pueden existir tales discrepancias, por ejemplo, en las masas de protones y antiprotones. Sin embargo, los físicos aún no han confirmado ninguno de ellos.
Hangst y sus colegas han estado tratando de encontrarlos durante muchos años utilizando el instrumento ALPHA-2, una trampa magnética especial para positrones y antiprotones que los obliga a combinarse y formar átomos de antimateria individuales. Las primeras mediciones de este tipo, que los científicos llevaron a cabo en 2012, 2016 y 2018, mostraron que no hay diferencia en la forma en que la luz excita los electrones y positrones en los átomos de antimateria y materia.
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Secretos de la antimateria
En una nueva serie de experimentos, los científicos del CERN han medido por primera vez el llamado desplazamiento de Lamb para la antimateria. Esto es lo que los científicos llaman pequeñas diferencias en el lugar donde se encuentran dos niveles de energía específicos dentro del átomo, 2s y 2p. Según la teoría, su posición debería coincidir, pero en realidad esto no es así: resultan estar desplazados entre sí.
La existencia de esta brecha se debe al hecho de que las partículas de materia y antimateria interactúan constantemente a nivel cuántico con pares de partículas virtuales y antipartículas, que nacen y desaparecen continuamente en el vacío del vacío. Se pueden ver rastros de esto en la llamada "estructura fina" del átomo, un conjunto de bandas estrechas en el espectro en el que se dividen los niveles de energía teóricamente predichos.
El Proyecto ALPHA estudió primero la estructura de este conjunto de líneas pasando 90.000 átomos de antihidrógeno a través de un poderoso campo magnético, luego irradiándolos con un láser ultravioleta y observando cómo cambiaba su espectro como resultado. Los científicos utilizaron estos datos para calcular el desplazamiento de Lamb de la antimateria y compararlo con un parámetro similar para el hidrógeno.
En general, los valores obtenidos coincidieron con las mediciones de la materia ordinaria y con los resultados de los cálculos teóricos, que tuvieron en cuenta los efectos cuánticos. Como enfatiza Hangst, estos datos aún son preliminares, pero ya ahora podemos decir que las mediciones de la estructura constante no pueden desviarse de las predicciones de la teoría en más de un 2%, y el desplazamiento de Lamb en más de un 11%.
En un futuro próximo, los miembros de ALPHA planean llevar a cabo mediciones más precisas enfriando los átomos de antihidrógeno a temperaturas cercanas al cero absoluto. Estas observaciones, esperan los científicos, finalmente confirmarán que los valores del desplazamiento de Lamb para la materia y la antimateria son los mismos, y que ayudarán a los físicos a medir con precisión el radio del antiprotón.
