📦 Un paquete lleno... de antimateria

Un experimento ha logrado transportar antiprotones en camión de un extremo a otro del sitio principal del CERN, primer paso esencial para la entrega de antimateria a otros laboratorios en Europa.

El equipo del experimento BASE en el CERN ha logrado mantener una nube de 92 antiprotones en un dispositivo innovador, una trampa de Penning criogénica portátil, y luego desconectar el dispositivo de la instalación, cargarlo en un camión y continuar el experimento después de esta operación de transporte. Esto es un verdadero logro: la antimateria es muy difícil de conservar, ya que se aniquila al contacto con la materia.


Este primer logro mundial constituye una prueba, siendo el objetivo final transportar antiprotones hasta otros laboratorios en Europa, como la Universidad Heinrich-Heine de Düsseldorf (HHU), donde se podrían realizar mediciones de muy alta precisión de las propiedades de la antimateria.


Las partículas de antimateria son una categoría de partículas presentes en la naturaleza, casi idénticas a las partículas de materia ordinaria, pero con cargas y momentos magnéticos invertidos. Según las leyes de la física, la materia y la antimateria deben haberse creado en cantidades iguales durante el Big Bang. Las partículas y las antipartículas deberían haberse aniquilado rápidamente entre sí, dejando tras de sí un Universo vacío.

Sin embargo, el Universo contiene principalmente materia: esta asimetría intriga a los científicos desde hace décadas, y les hace sospechar que existen diferencias invisibles que podrían explicar por qué la materia permaneció, mientras que la antimateria casi desapareció por completo.

Para comprender mejor la antimateria, el experimento BASE tiene como objetivo medir con precisión las propiedades de los antiprotones, como su momento magnético intrínseco, para luego comparar estas mediciones con las de los protones. Pero se enfrenta a una dificultad: "Las máquinas y equipos de la fábrica de antimateria, donde está instalado el experimento BASE, generan fluctuaciones del campo magnético que limitan la precisión de las mediciones, explica Stefan Ulmer, portavoz del experimento BASE.


Estas fluctuaciones son minúsculas, del orden de una milmillonésima de tesla, es decir, 20 000 veces inferiores al campo magnético de la Tierra; no se pueden detectar fuera del edificio. Sin embargo, dada la extrema precisión de las mediciones realizadas por el experimento BASE para lograr una comprensión más fina de las propiedades fundamentales de los antiprotones, debemos sacar el experimento del edificio", explica Stefan Ulmer.

La fábrica de antimateria del CERN es el único lugar del mundo donde se pueden producir, almacenar y estudiar antiprotones. Dos deceleradores sucesivos, el Decelerador de Antiprotones (AD) y el Anillo de Antiprotones de Muy Baja Energía (ELENA), entregan antiprotones de baja energía a varios experimentos: cuanto menor es su energía, más fácil es almacenarlos y estudiarlos.

El experimento BASE, que posee el récord de conservación de antiprotones (más de un año), ha inventado un método innovador para pasar a la siguiente etapa: transportar antiprotones en un espacio autónomo, fuera de la línea del haz, para poder realizar investigaciones más precisas y también para que otros equipos se beneficien. Por eso ha desarrollado la trampa BASE-STEP, diseñada para almacenar y transportar antiprotones.

"El objetivo del dispositivo BASE-STEP es atrapar antiprotones y entregarlos a nuestros laboratorios de precisión, en espacios específicos del CERN, en la Universidad Heinrich-Heine de Düsseldorf, en la Universidad Leibniz de Hannover y quizás en otros laboratorios capaces de realizar mediciones de muy alta precisión sobre antiprotones, lo que desafortunadamente no es posible en la fábrica de antimateria, explica Christian Smorra, jefe del proyecto BASE-STEP. Hemos validado la viabilidad del proyecto con protones el año pasado, pero lo que hemos logrado hoy con antiprotones es un enorme paso adelante hacia la realización de nuestro objetivo."

La trampa BASE-STEP es lo suficientemente pequeña como para poder ser cargada en un camión y pasar por puertas estándar de laboratorio; también es capaz de soportar los golpes y vibraciones debidos al transporte. El dispositivo actual, que incluye un imán superconductor, un sistema de refrigeración criogénica con helio líquido, fuentes de energía y una cámara de vacío que atrapa las antipartículas mediante campos magnéticos y eléctricos, pesa 1 000 kg: por lo tanto, es mucho más compacto que el dispositivo BASE o cualquier otro sistema utilizado para estudiar la antimateria.

"Llegar hasta nuestro primer destino, nuestro laboratorio de precisión en la Universidad Heinrich-Heine en Alemania, tomaría al menos ocho horas, continúa Christian Smorra. Eso significa que el imán superconductor de la trampa deberá permanecer a una temperatura inferior a 8,2 kelvins durante todo ese tiempo. Por lo tanto, además del helio líquido, necesitaríamos un grupo electrógeno para alimentar un refrigerador criogénico en la camioneta. Actualmente estamos estudiando las posibilidades." Sea como sea, el desafío más importante se encuentra al llegar al destino: transferir los antiprotones al experimento sin que desaparezcan.

"Transportar antimateria es una empresa innovadora y ambiciosa, y felicito a la colaboración BASE por este logro notable. Estamos al comienzo de una formidable aventura científica que nos permitirá profundizar nuestros conocimientos sobre la antimateria", concluye Gautier Hamel de Monchenault, director de investigación y cálculo científico en el CERN.

Fuente: CERN