Partículas casi divinas que están y no están, elementos exóticos que revolucionan la física, rincones desconocidos de las propiedades del Universo… La Organización Europea para la Investigación Nuclear, comúnmente conocida como CERN, lleva unas cuantas décadas dando buenos titulares. Sin embargo, algo más lejos de los focos de los medios, se está llevando a cabo una carrera que podría ponerlo todo patas arriba: la carrera por desvelar los secretos de la antimateria.
Una carrera por frenar lo irrefrenable
Si existe un menos, tiene que existir un más. Si algo cae, otra cosa tiene que subir. Incluso el tiempo podría ir hacia atrás en un mundo paralelo al nuestro. Teorías al margen, la historia de la antimateria no es algo nuevo, y ha ocupado las mentes de algunos de los mejores físicos del mundo desde hace casi 80 años.
Como si de una predicción de lo desconocido se tratase, la lucha por desvelar los secretos de la antimateria no se lleva a cabo en el famoso acelerador de partículas, sino en su primo hermano, el decelerador de antiprotones. Allí, misteriosas partículas de velocidad cercana a la de la luz consiguen frenarse durante un instante. Y es entonces cuando cinco (y pronto seis) grupos de físicos internacionales se afanan en entender lo que pasa en la parte más escondida del Universo.
En 1928, el físico británico Paul Dirac escribía una ecuación (que le valió el Nobel en 1933) que tenía dos soluciones posibles en función de si una partícula tenía energía positiva o negativa. Su ecuación contradecía la física clásica y Dirac interpretó que lo que significaba era que por cada partícula tiene que existir una antipartícula. Cada electrón tiene un idéntico antielectrón, pero con carga eléctrica positiva, lo que ahora se conoce como un positrón.
¿Era posible que existiese un universo entero de antimateria? ¿Había creado el Big Bang la misma materia que antimateria en el principio de los tiempos? ¿Existían partículas que, por ejemplo, eran repelidas por la gravedad en lugar de ser atraídas? El mundo de la física se ha llenado de interrogantes de la mano de la antimateria. Y el único lugar con (algunas) respuestas es, precisamente, el decelerador del CERN.
La materia a través del espejo
Una de las pocas cuestiones que se han podido contestar hasta la fecha no ha hecho sino añadir incertidumbre. En el origen del tiempo, de nuestro tiempo, el Big Bang creo un Universo con más materia que antimateria. ¿Y por qué? Nadie parece tener la más remota idea.
La antimateria está ahí, pero no es fácil llegar a ella ni medirla con los mejores instrumentos disponibles en la actualidad. Para empezar, por la forma en que logramos acercarnos a esas partículas exóticas.
Los elementos que se estudian en el decelerador llegan directamente del acelerador de partículas. Allí, un haz protones de alta intensidad choca con un objetivo de un material denso como el iridio del que salen disparados antiprotones a altísima velocidad que son a su vez atrapados por el decelerador. Una vez aquí, todos los esfuerzos se centran en frenarlos, aunque sea por unos minutos.
Un 10% menos de velocidad es suficiente para poder estudiar sus propiedades. Y, de momento, todas las partículas se comportan igual a uno y a otro lado del espejo. Otros grupos estudian el anti-hidrógeno, un extraño elemento creado por un antiprotón y un positrón (o electrón positivo) que se produce con más facilidad en transformaciones nucleares.
Los experimentos que persiguen el anti-Universo
Hasta la fecha, uno de los pocos experimentos centrados en la antimateria que ha concluido en el CERN es el ACE, siglas de Antiproton Cell Experiment, desarrollado entre 2003 y 2013. Esta investigación buscaba usar anti-protones para destruir células cancerígenas. El experimento llegó a su fin consiguiendo su objetivo, pero sin ser capaz de reducir el daño que los antiprotones causaban a las células sanas.
En la actualidad, cinco proyectos se desarrollan simultáneamente para estudiar las propiedades de la antimateria, todavía lejos de los sueños positrónicos de la ciencia ficción.
BASE, cara a cara con los antiprotones
Es el único grupo que estudia directamente los antiprotones. Este experimento ralentiza los antiprotones mediante una trampa de Penning, una complicada red de campos eléctricos y magnéticos. Han logrado almacenar antiprotones durante más de un año (su récord está en 405 días). Su trabajo se centra, de momento, en mejorar las técnicas de medición. Aun así, no han encontrado nada que les haga pensar que los antiprotones se comportan de forma distinta a los protones.
ATRAP, la trampa para el anti-hidrógeno
Este proyecto fue el primero en observar un átomo de anti-hidrógeno. Al lograr, por primera vez en 2002, que antiprotones y positrones se enfriasen y redujesen su velocidad de forma similar, observaron que algunos de ellos se habían aliado en un primitivo anti-hidrógeno. Estos primeros átomos de antimateria duraron 40 milmillonésimas de segundo. Desde entonces, siguen mejorando sus técnicas de medición y trayendo anti-hidrógenos al mundo.
ALPHA, la luz en la oscuridad
Sucesor de un proyecto anterior, el ATHENA, el proyecto ALPHA compara átomos de anti-hidrógeno con átomos de hidrógeno “normal”. Han sido pioneros en describir la estructura interna de los átomos de antimateria y en observar el espectro luminoso del anti-hidrógeno. Los últimos experimentos han logrado mantener átomos de anti-hidrógeno con vida durante 16 minutos.
ASACUSA, colisiones entre anti-partículas
Cuando una partícula de anti-materia se cruza y choca con una partícula de materia, estas se aniquilan dando lugar a una explosión de energía. Sin embargo, el proyecto ASACUSA ha descubierto que, en algunas ocasiones, se producen partículas híbridas, extraños elementos que son materia y antimateria al mismo tiempo.
AEGIS, la gravedad de la antimateria
Es, probablemente, el proyecto del decelerador que más atención ha atraído en los últimos años, ya que intenta estudiar cómo la antimateria responde a la fuerza de la gravedad. ¿Existen partículas que, en lugar de ser atraídas por la Tierra, son repelidas? De momento, siguen a la espera de una respuesta concluyente.
Lo mejor es que todos estos experimentos no pretenden encontrar nada raro, más allá de describir la antimateria y su normalidad. Es más, encontrar una anti-partícula que se comportase de forma distinta que su reflejo en el Universo conocido pondría patas arriba las leyes de la física actual.
La próxima frontera está en la gravedad. El mundo de la física espera que la antimateria se vea afectada por esta fuerza de la misma forma que la materia. Si no es así, el mismo Einstein y su teoría general de la relatividad serían puestos en duda.
Si existe la anti-gravedad significaría que hay partículas que se repelen y que la gravedad no depende de la masa, si no de la materia en sí. De la mano de la antimateria la física y el conocimiento humano se adentran en terreno desconocido. Un terreno en el que no solo no existen experimentos, sino para el que no hay apenas teorías. Quizá algún día, todos los datos den forma a una nueva imagen de nuestro mundo que desafíe el sentido común. Al fin y al cabo, ese no deja de ser el objetivo final de la ciencia.
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Imágenes: CERN