Confirman que la antimateria también cae a causa de la gravedad
Aunque la mayoría de los físicos lo sospechaban,
nadie lo había visto hasta ahora. La antimateria responde a la gravedad del
mismo modo en que lo hace la materia. Lo cual significa que si dejamos caer
antimateria, ésta caerá hacia abajo, exactamente igual que la materia
convencional. Y no, no 'caerá hacia arriba, repelida por una suerte de 'fuerza
antigravitatoria'.
En un experimento único, en efecto, un equipo de
investigadores de la colaboración internacional ALPHA (Antihydrogen Laser
Physics Apparatus), en el laboratorio europeo CERN, en Suiza, ha conseguido
observar el camino descendente que siguen una serie de átomos individuales de
antihidrógeno y ha proporcionado, tras décadas de dudas, una respuesta definitiva:
la antimateria, cae.
El trabajo, que se acaba de publicar en 'Nature',
descarta por tanto una supuesta 'repulsión gravitacional' como explicación a la
práctica ausencia de antimateria en el Universo.
«El éxito de la colaboración ALPHA -afirma
Vyacheslav 'Slava' Lukin, director de programa de la División de Física de
National Science Foundation (NSF)- es un testimonio de la importancia del
trabajo en equipo entre continentes y comunidades científicas. Comprender la
naturaleza de la antimateria puede ayudarnos no sólo a entender cómo surgió
nuestro Universo, sino que también puede permitir nuevas innovaciones que nunca
antes se habían creído posibles, como las tomografías por emisión de positrones
(PET), que han salvado muchas vidas al aplicar nuestro conocimiento sobre la
antimateria para detectar células cancerosas y tumores en el cuerpo».
Todo cuanto nos rodea, desde nosotros mismos a los
muros de nuestra casa, el suelo que pisamos, la Tierra, el Sol y todas las
estrellas y galaxias que podemos ver, está compuesto por apenas un puñado de
partículas, como protones, neutrones o electrones, que forman átomos de
oxígeno, carbono, hierro o cualquier otro elemento de la tabla periódica. Toda
esa materia surgió del Big Bang hace 13.760 millones de años, pero al mismo
tiempo, según la teoría más extendida, debió de surgir una cantidad idéntica de
'antimateria', la imagen especular de la materia ordinaria (a no confundir con
la materia oscura).
Pero las observaciones nos muestran, tozudamente, un
Universo hecho de sólo de materia. ¿Dónde está, pues, toda la antimateria que
falta? Nadie ha visto, ni espera ver, planetas enteros, o galaxias, hechos de
antimateria. Aunque 'ahí fuera' la antimateria debería ser igual de abundante
que la que vemos.
Materia y antimateria son exactamente iguales,
excepto por una cosa: sus cargas eléctricas son opuestas. Lo cual significa que
si un electrón (materia) tiene carga negativa, su correspondiente partícula de
antimateria, el positrón, la tendrá positiva. Del mismo modo, a cada protón de
materia, con carga positiva, le corresponde un 'antiprotón' de antimateria con
carga negativa. Y lo mismo vale para cualquier otra partícula.
Pero eso plantea un problema. Cuando una partícula
de materia ordinaria (por ejemplo un electrón) se encuentra con su
antipartícula (un positrón) ambas se aniquilan en un pequeño estallido de
energía. Por lo tanto, si el Big Bang 'fabricó' la misma cantidad de una que de
otra, ambas, materia y antimateria, deberían haberse aniquilado por completo
dejando... nada.
Y sin embargo, desafiando a nuestra comprensión, ahí
están los billones de galaxias y los trillones de estrellas y planetas que
forman nuestro Universo. Todo hecho de materia y sin el mínimo rastro de
antimateria. Los científicos llaman a este problema 'bariogénesis'. Una posible
explicación, ahora descartada por el nuevo experimento, era que la antimateria
fue 'repelida' gravitacionalmente por la materia ordinaria durante el Big Bang.
Otros sostienen que, por alguna razón, durante el Big Bang se rompió la
simetría entre materia y antimateria, de modo que surgió más de la primera que
de la segunda. Si eso fuera así, el Universo que vemos sería el 'sobrante' de
materia que quedó después de que toda la demás se aniquilara.
«La teoría de la relatividad general de Einstein -
explica el coautor Jonathan Wurtele, físico del plasma de la Universidad de
California en Berkeley y miembro de la colaboración ALPHA- dice que la
antimateria debería comportarse exactamente igual que la materia. Muchas
mediciones indirectas indican que la gravedad interactúa con la antimateria
como se esperaba, pero hasta el resultado de hoy, nadie había realizado
realmente una observación directa que pudiera descartar, por ejemplo, que el
antihidrógeno se moviera hacia arriba y no hacia abajo en un campo
gravitacional».
Para llevar a cabo su experimento, los
investigadores generaron una pequeña cantidad de antimateria en su laboratorio.
«En términos generales -continúa Wurtele- estamos
produciendo antimateria para hacer un experimento tipo Torre Inclinada de Pisa,
(supuestamente hecho por Galileo en el siglo XVI para demostrar una aceleración
gravitacional idéntica de dos objetos de volumen similar pero masa
diferentelanzados simultáneamente). Estamos dejando caer la antimateria para
ver si sube o baja».
Durante el experimento ALPHA, el antihidrógeno
estaba contenido en el interior de una cámara de vacío cilíndrica con una
trampa magnética variable, llamada ALPHA-g. Los científicos redujeron la fuerza
de los campos magnéticos superior e inferior de la trampa hasta que los átomos
de antihidrógeno pudieron escapar y la influencia de la gravedad se hizo
evidente.
A medida que cada átomo de antihidrógeno escapaba de
la trampa magnética, tocaba las paredes de la cámara por encima o por debajo de
la trampa y se aniquilaba, lo que los científicos podían detectar y les
permitió ir contándolos.
Los investigadores repitieron el experimento más de
una docena de veces, variando la intensidad del campo magnético en la parte
superior e inferior de la trampa para descartar posibles errores. Observaron
que cuando los campos magnéticos debilitados se equilibraban con precisión en
la parte superior e inferior, alrededor del 80% de los átomos de antihidrógeno
se aniquilaban debajo de la trampa, un resultado consistente con cómo se
comportaría una nube de hidrógeno convencional en las mismas condiciones.
Quedaba claro, por lo tanto, que la gravedad hacía
que el hidrógeno cayera. «Hemos descartado - concluye Wurtele- que la
antimateria sea repelida por la fuerza gravitacional en lugar de atraída. Lo
cual no significa que no haya una diferencia en la fuerza gravitacional sobre
la antimateria, aunque eso sólo una medición más precisa lo dirá».
Ahora, los investigadores de la colaboración ALPHA
seguirán investigando la naturaleza del antihidrógeno. Y además de perfeccionar
su medición del efecto de la gravedad, también están estudiando cómo interactúa
el antihidrógeno con la radiación electromagnética mediante espectroscopia.
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