Científicos del CERN logran transportar antimateria por primera vez en la historia

El experimento BASE del CERN logró acumular una nube de 92 antiprotones en una innovadora trampa de Penning criogénica portátil, desconectarla de las instalaciones experimentales, cargarla en un camión y continuar la operación del experimento después del transporte, según anunció hoy la organización. Este logro representa un avance extraordinario considerando que la antimateria es extremadamente difícil de preservar, ya que se aniquila al entrar en contacto con la materia ordinaria.

El objetivo final del proyecto es transportar antiprotones a otros laboratorios europeos, como la Universidad Heinrich Heine de Düsseldorf en Alemania, donde podrían realizarse mediciones de muy alta precisión de las propiedades de los antiprotones, según explicó el CERN. Esta prueba inicial en el sitio del laboratorio constituye el primer paso hacia ese ambicioso objetivo.

La antimateria es una clase de partículas que ocurre naturalmente y es casi idéntica a la materia ordinaria, excepto que la carga eléctrica y el momento magnético están invertidos, según la información proporcionada por el CERN. De acuerdo con las leyes de la física, el Big Bang debería haber producido cantidades iguales de materia y antimateria. Estas partículas iguales pero opuestas se habrían aniquilado rápidamente entre sí, dejando un universo vacío. Sin embargo, el universo contiene predominantemente materia, y este desequilibrio ha desconcertado a los científicos durante décadas.

Los físicos sospechan que existen diferencias ocultas que podrían explicar por qué la materia sobrevivió y la antimateria prácticamente desapareció, según el CERN. Para profundizar la comprensión de la antimateria, la colaboración BASE busca medir con precisión las propiedades de los antiprotones, como su momento magnético intrínseco, y luego comparar estas mediciones con las tomadas con protones.

"Las máquinas y equipos en la 'fábrica de antimateria' del CERN, donde se encuentra BASE, generan fluctuaciones del campo magnético que limitan hasta dónde podemos llevar nuestras mediciones de precisión", explicó Stefan Ulmer, portavoz de BASE, según el comunicado. Estas fluctuaciones son minúsculas, del orden de una milmillonésima de tesla, 20.000 veces más pequeñas que el campo magnético de la Tierra, e indetectables fuera del edificio. "Sin embargo, la precisión de las mediciones tomadas en BASE es tal que obtener una comprensión aún más profunda de las propiedades fundamentales de los antiprotones requerirá mover el experimento fuera del edificio", dijo Ulmer.

La "fábrica de antimateria" del CERN es el único lugar en el mundo donde se pueden producir, almacenar y estudiar antiprotones, según la organización. Dos desaceleradores sucesivos, el Desacelerador de Antiprotones y el anillo de Antiprotones de Energía Extra Baja (ELENA), proporcionan antiprotones de baja energía a varios experimentos. Cuanto menor es su energía, más fácil es almacenarlos y estudiarlos.

Entre estos experimentos, BASE mantiene récords de larga data por contener antiprotones durante más de un año, según el CERN. El experimento inventó este enfoque pionero para avanzar a la siguiente etapa: transportar antiprotones a un espacio fuera de línea para experimentos más precisos, así como compartirlos con otros. Por eso desarrollaron la trampa BASE-STEP: un aparato diseñado para almacenar y transportar antiprotones.

"Nuestro objetivo con BASE-STEP es poder atrapar antiprotones y entregarlos a nuestros laboratorios de precisión en un espacio dedicado en el CERN, la Universidad Heinrich Heine, la Universidad Leibnitz de Hannover y quizás otros laboratorios que sean capaces de realizar mediciones de antiprotones de muy alta precisión, lo cual desafortunadamente no es posible en la fábrica de antimateria", explicó Christian Smorra, líder de BASE-STEP, según el comunicado. "Validamos la viabilidad del proyecto con protones el año pasado, pero lo que logramos hoy con antiprotones es un enorme salto adelante hacia nuestro objetivo".

BASE-STEP es lo suficientemente pequeño como para cargarse en un camión y pasar por puertas de laboratorio ordinarias, y puede soportar los golpes y vibraciones del transporte, según el CERN. El aparato actual, que incluye un imán superconductor, enfriamiento criogénico con helio líquido, reservas de energía y una cámara de vacío que atrapa las antipartículas usando campos magnéticos y eléctricos, pesa 1.000 kilogramos: mucho más compacto que BASE o cualquier otro sistema existente utilizado para estudiar antimateria.

"Para llegar a nuestro primer destino, nuestro laboratorio de precisión dedicado en la Universidad Heinrich Heine en Alemania, nos tomaría al menos 8 horas", dijo Christian Smorra, según el comunicado. "Esto significa que tendríamos que mantener el imán superconductor de la trampa a una temperatura por debajo de 8,2 grados Kelvin durante ese tiempo. Entonces, además del helio líquido, necesitaríamos tener un generador para alimentar un criocooler en el camión. Actualmente estamos investigando esta posibilidad".

Sin embargo, el mayor desafío permanece a la llegada al destino: transferir los antiprotones al experimento sin que desaparezcan, según explicó el equipo.

"Transportar antimateria es un proyecto pionero y ambicioso, y felicito a la colaboración BASE por este impresionante hito. Estamos al comienzo de un emocionante viaje científico que nos permitirá profundizar aún más nuestra comprensión de la antimateria", dijo Gautier Hamel de Monchenault, director de Investigación y Computación del CERN, según el comunicado.

Este logro representa un avance fundamental en la física de partículas y podría permitir descubrimientos que ayuden a resolver uno de los mayores misterios del universo: por qué existe materia en lugar de un vacío resultante de la aniquilación mutua de materia y antimateria tras el Big Bang. La capacidad de transportar antimateria a laboratorios especializados con ambientes magnéticos más estables podría permitir mediciones con niveles de precisión sin precedentes, potencialmente revelando diferencias sutiles entre protones y antiprotones que hasta ahora han permanecido ocultas.