Científicos consiguen atrapar y controlar una partícula de antimateria durante meses: «No es peligrosa»

Por primera vez, físicos de la Universidad Northwestern (Estados Unidos) han logrado que un solo positrón (la antipartícula de un electrón) alcance un estado cuántico exquisitamente controlado, tal y como se publica en la revista Physical Review Letters.

Tras capturar la partícula de rápido movimiento proveniente de la desintegración radiactiva, los científicos la enfriaron hasta casi el cero absoluto. Posteriormente, la suspendieron en un vacío casi perfecto, impidiendo que entrara en contacto con la materia ordinaria, un encuentro que la haría desaparecer.

Al atrapar y enfriar un positrón de esta manera, los científicos crearon lo que denominan un «ciclotrón cuántico de un positrón». En este estado, el positrón se comporta esencialmente como un átomo artificial con niveles de energía cuántica que los científicos pueden controlar y observar con precisión.

Según el Modelo Estándar de la física de partículas, los electrones y los positrones deberían ser imágenes especulares casi perfectas. Al medir las propiedades magnéticas del positrón con una precisión sin precedentes y compararlas con las del electrón, los físicos podrían someter esta simetría fundamental a la prueba más rigurosa hasta el momento. Si las mediciones no coinciden como se espera, revelarían una fisura en el Modelo Estándar, ofreciendo nuevas pistas para resolver misterios persistentes, como por qué la materia ordinaria, en lugar de la antimateria, domina el universo.

«Si se hace colisionar un electrón con un antielectrón (o positrón), ambos desaparecen. A esto lo llamamos aniquilación, un concepto que alimenta la imaginación de los escritores de ciencia ficción. El gran misterio del universo es que el Big Bang debería haber creado cantidades iguales de materia y antimateria. Pero, si eso fuera cierto, se aniquilarían y no nos quedaría nada. Claramente hay algo erróneo en esa teoría, y eso es lo que estamos tratando de averiguar», comenta Gerald Gabrielse, de la Universidad Northwestern, quien dirigió el estudio

Casi todo en la Tierra está compuesto por solo tres partículas conocidas: electrones, protones y neutrones. Un universo de antimateria, en cambio, podría estar formado por sus contrapartes de antimateria: positrones, antiprotones y antineutrones. De hecho, si todo en la Tierra fuera de antimateria, Gabrielse insisten en que sería extraordinariamente difícil distinguirlo.

«Si queremos estudiar la antimateria, debemos manejarla con cuidado», expone Gabrielse. «Para que quede claro, no es peligrosa. No tenemos suficiente antimateria como para provocar una explosión».

Para manipular cuidadosamente la partícula, el equipo de Northwestern utilizó una trampa de última generación que combina campos eléctricos y magnéticos especializados para suspender el positrón en un espacio vacío. Al estar situado en el centro del contenedor, el positrón nunca toca nada. Gracias a este sistema, el positrón en el laboratorio de Gabrielse ha permanecido atrapado durante meses.

El equipo primero ralentizó drásticamente el positrón y luego lo guio hacia el vacío casi perfecto de la trampa. El interior de la trampa se enfría a unos 300 milikelvin, o tan solo 0,3 grados por encima del cero absoluto. «Lo enfriamos tanto que se encuentra en su estado fundamental cuántico», matiza Gabrielse.

El equipo también demostró que podían manipular y detectar con precisión los estados de energía cuántica individuales del positrón. Mediante la aplicación de microondas cuidadosamente ajustadas, añadieron cantidades minúsculas y precisas de energía al positrón y detectaron las transiciones cuánticas resultantes. Este nivel de control es esencial para el objetivo final de los científicos: medir las propiedades magnéticas del positrón con una precisión extraordinaria y compararlas con las de un electrón.