El CERN atrapa antimateria por suficiente tiempo como para hacer en ella ciencia en serio
A principios de año, la investigación colaborativa en el CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire - Organización Europea para la Investigación Nuclear) anunció que había creado algunas docenas de antihidrógeno, el equivalente en antimateria de los familiares átomos de hidrógeno. Esos anti-átomos se retuvieron en existencia por poco menos de 200 milisegundos antes que se aniquilaran en colisiones contra las paredes de su contenedor. Ahora el mismo equipo volvió con el anuncio de que ha creado cientos de átomos de antihidrógeno, algunos de los cuales se retuvieron por más de 15 minutos, suficiente tiempo para pensar en hacer algo de ciencia en serio con ellos.
Despues de vagar dentro de su trampa, el átomo de antihidrógeno es liberado para aniquilarse contra la pared de la trampa, creando señales que pueden ser medidas por un detector cercano.
La trampa usada para atrapar el antihidrógeno es la misma que se uso en el último experimento, aprovechando el pequeño momento magnético creado por la distancia espacial entre el núcleo del antiprotón y el positrón (antielectrón) orbitándolo. Las diferencias son tan pequeñas que la trampa sólo funcionará si el antihidrógeno tiene una energía de 50μeV (micro electron Volt), lo que es todo un desafío, porque los antiprotones inician el proceso a 3keV. El gran incremento en el número de átomos atrapados proviene en gran medida por mejores formas de enlentecer y enfriar los materiales en su inicio.
Los antiprotones son generados al bombardear un objetivo estático con un haz de protones. Lo resultante se reúne y se inyecta en un equipo algo inusual en el CERN: un desacelerador de partículas. Ahí son enlentecidos y enfriados aún más al hacerlos pasar por una nube de electrones fríos, después de lo cual a algunos antiprotones le es permitido evaporarse, llevándose consigo más energía aún; mas enfriamiento evaporativo ocurre después de mezclarlos con un exceso de positrones. El equipo detrás de este trabajo incluso se las ingenió para meter los positrones en una cámara de enfriamiento mientras le impartían la mínima energía excedente posible.
Incluso de esta forma, la mayoría de los 6.000 átomos de antihidrógeno que son generados en una mezcla típica son demasiado energéticos y saltan a las paredes de la trampa, terminando sus cortas vidas. Sólo un poco más de la mitad de los experimentos típicos resultan en un átomo siendo capturado en la trampa y quedando disponible para mas estudios.
No es sólo la energía cinética la que limita nuestra habilidad para estudiarlos. Los positrones están unidos muy débilmente en las órbitas más lejanas del antiátomo, y le toma un poco de tiempo llegar al estado fundamental a través de la emisión de fotones. Asi que retenerlos por mas tiempo es esencial si vamos a estudiar el antihidrógeno en su estado nativo. Afortunadamente los autores calculan que mas del 99% de los antiátomos estarán en estado fundamental en medio segundo, y hay tan poco gas contaminando la trampa que los antiátomos deberían sobrevivir en promedio por cientos de segundos.
De hecho, mostraron que siete antiátomos sobrevivieron hasta 1.000 segundos, o algo más de 15 minutos. En tres intentos, vieron un solo átomo de antihidrógeno llegar a 2.000 segundos, o más de media hora. Hay pocas dudas de que esos átomos pasaron la mayor parte de su tiempo en estado fundamental.
La mayor parte del resto del informe se usa en comparar el comportamiento predicho del antihidrógeno con lo que eventualmente fue a parar entre las paredes de la trampa, creando una señal que los autores podían localizar. Estos datos confirman que la antimateria es creada exactamente como se planea, y provee algo de información de cómo está operando la trampa.
Se puede mejorar mucho el como detener las antipartículas un poco antes de ponerlas en la trampa, lo que podría considerablemente la eficiencia. Aún asi, la eficiencia ya llegó al punto en que los autores sugieren que podemos empezar a hacer estudios detallados del antihidrógeno, buscando por maneras en las que puede diferir respecto de su contraparte de materia regular. Esto incluye medidas espectroscópicas para determinar si las orbitas ocupadas por el positrón son de idénticos niveles de energía que aquellos en el hidrógeno.
El antihidrógeno también sobrevive lo suficiente para que empecemos a considerar hacerle alguna clase de enlentecimiento por láser para reducir su energía cinética más temprano. Esto podría enlentecer los antiátomos lo suficiente como para que sean objeto de un impacto gravitacional medible. En ambos casos la teoría predice que los átomos de antimateria se comportarán exactamente como los de materia, con órbitas espaciadas regularmente y una débil pero medible atracción gravitacional. Cualquier desviación de lo esperado puede tener implicancias profundas para la física, así que pueden apostar que el equipo del CERN está ansioso por empezar con su trabajo.
Fuente
A principios de año, la investigación colaborativa en el CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire - Organización Europea para la Investigación Nuclear) anunció que había creado algunas docenas de antihidrógeno, el equivalente en antimateria de los familiares átomos de hidrógeno. Esos anti-átomos se retuvieron en existencia por poco menos de 200 milisegundos antes que se aniquilaran en colisiones contra las paredes de su contenedor. Ahora el mismo equipo volvió con el anuncio de que ha creado cientos de átomos de antihidrógeno, algunos de los cuales se retuvieron por más de 15 minutos, suficiente tiempo para pensar en hacer algo de ciencia en serio con ellos.
Despues de vagar dentro de su trampa, el átomo de antihidrógeno es liberado para aniquilarse contra la pared de la trampa, creando señales que pueden ser medidas por un detector cercano.
La trampa usada para atrapar el antihidrógeno es la misma que se uso en el último experimento, aprovechando el pequeño momento magnético creado por la distancia espacial entre el núcleo del antiprotón y el positrón (antielectrón) orbitándolo. Las diferencias son tan pequeñas que la trampa sólo funcionará si el antihidrógeno tiene una energía de 50μeV (micro electron Volt), lo que es todo un desafío, porque los antiprotones inician el proceso a 3keV. El gran incremento en el número de átomos atrapados proviene en gran medida por mejores formas de enlentecer y enfriar los materiales en su inicio.
Los antiprotones son generados al bombardear un objetivo estático con un haz de protones. Lo resultante se reúne y se inyecta en un equipo algo inusual en el CERN: un desacelerador de partículas. Ahí son enlentecidos y enfriados aún más al hacerlos pasar por una nube de electrones fríos, después de lo cual a algunos antiprotones le es permitido evaporarse, llevándose consigo más energía aún; mas enfriamiento evaporativo ocurre después de mezclarlos con un exceso de positrones. El equipo detrás de este trabajo incluso se las ingenió para meter los positrones en una cámara de enfriamiento mientras le impartían la mínima energía excedente posible.
Incluso de esta forma, la mayoría de los 6.000 átomos de antihidrógeno que son generados en una mezcla típica son demasiado energéticos y saltan a las paredes de la trampa, terminando sus cortas vidas. Sólo un poco más de la mitad de los experimentos típicos resultan en un átomo siendo capturado en la trampa y quedando disponible para mas estudios.
No es sólo la energía cinética la que limita nuestra habilidad para estudiarlos. Los positrones están unidos muy débilmente en las órbitas más lejanas del antiátomo, y le toma un poco de tiempo llegar al estado fundamental a través de la emisión de fotones. Asi que retenerlos por mas tiempo es esencial si vamos a estudiar el antihidrógeno en su estado nativo. Afortunadamente los autores calculan que mas del 99% de los antiátomos estarán en estado fundamental en medio segundo, y hay tan poco gas contaminando la trampa que los antiátomos deberían sobrevivir en promedio por cientos de segundos.
De hecho, mostraron que siete antiátomos sobrevivieron hasta 1.000 segundos, o algo más de 15 minutos. En tres intentos, vieron un solo átomo de antihidrógeno llegar a 2.000 segundos, o más de media hora. Hay pocas dudas de que esos átomos pasaron la mayor parte de su tiempo en estado fundamental.
La mayor parte del resto del informe se usa en comparar el comportamiento predicho del antihidrógeno con lo que eventualmente fue a parar entre las paredes de la trampa, creando una señal que los autores podían localizar. Estos datos confirman que la antimateria es creada exactamente como se planea, y provee algo de información de cómo está operando la trampa.
Se puede mejorar mucho el como detener las antipartículas un poco antes de ponerlas en la trampa, lo que podría considerablemente la eficiencia. Aún asi, la eficiencia ya llegó al punto en que los autores sugieren que podemos empezar a hacer estudios detallados del antihidrógeno, buscando por maneras en las que puede diferir respecto de su contraparte de materia regular. Esto incluye medidas espectroscópicas para determinar si las orbitas ocupadas por el positrón son de idénticos niveles de energía que aquellos en el hidrógeno.
El antihidrógeno también sobrevive lo suficiente para que empecemos a considerar hacerle alguna clase de enlentecimiento por láser para reducir su energía cinética más temprano. Esto podría enlentecer los antiátomos lo suficiente como para que sean objeto de un impacto gravitacional medible. En ambos casos la teoría predice que los átomos de antimateria se comportarán exactamente como los de materia, con órbitas espaciadas regularmente y una débil pero medible atracción gravitacional. Cualquier desviación de lo esperado puede tener implicancias profundas para la física, así que pueden apostar que el equipo del CERN está ansioso por empezar con su trabajo.
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