Un experimento de ocho horas utilizando la trampa ALPHA en el CERN confirmó con una precisión 20 veces mayor que antes que la carga del átomo de antihidrógeno - la contraparte de la antimateria del átomo de hidrógeno - es cero.
La carga es idéntica a la del átomo de hidrógeno, lo que demuestra una vez más que las propiedades de la antimateria y la materia son imágenes especulares entre sí.
Una carga distinta de cero habría significado que el antiprotón en el núcleo y el zumbido del positrón a su alrededor tengan cargas ligeramente diferentes, lo que violaría las reglas del Modelo Estándar de física de partículas y posiblemente proporcionaría una explicación del dominio de la materia sobreantimateria en el universo.
"La asimetría de la materia y la antimateria en el universo es uno de los problemas pendientes más importantes con la teoría del Big Bang, que de otra manera es muy exitosa", dijo Joel Fajans, profesor de física en la Universidad de California, Berkeley, ylíder del experimento: "Nuestro experimento fue una posibilidad remota para ver si existen diferencias entre la materia y la antimateria, en este caso, átomos de hidrógeno y antihidrógeno. Ambos deberían ser neutros".
Teóricamente, la materia y la antimateria deberían haberse creado en cantidades iguales en el nacimiento del cosmos en el Big Bang, hace 13.800 millones de años. Sin embargo, hoy en día, la antimateria es rara en el universo, lo que lleva a los físicos a buscar violaciones mínimas de lo conocidoleyes de la física que podrían explicar la asimetría.
"En cierto sentido, esta es la primera medición de precisión realizada con antihidrógeno, porque la medición excede cualquier cosa que pueda inferirse de mediciones anteriores", dijo Fajans. "La gente había establecido límites por separado en la carga del antiprotón y el positrón,que son opuestos y, experimentalmente, aproximadamente iguales. Pero con este trabajo, hemos mejorado el límite obtenido al agregar la carga medida del antiprotón y el positrón ".
El cargo es de cero a 0,7 partes por mil millones, un límite 20 veces menor que las mediciones anteriores.
El experimento también permitió a los investigadores calcular la carga del positrón, que es la misma, excepto el signo de la carga, que la del electrón, dentro de 1 parte en mil millones. Este límite es 25 veces mejorque las mediciones anteriores.
Los resultados se publicaron en la edición del 21 de enero de 2016 de la revista Naturaleza . La colaboración de ALPHA en la Organización Europea para la Investigación Nuclear en Ginebra, Suiza, está dirigida por Jeffrey Hangst de la Universidad de Aarhus en Dinamarca.
Buscando diferencias entre materia y antimateria
Fajans, el profesor de física de UC Berkeley Jonathan Wurtele y sus colegas de ALPHA han probado el antihidrógeno en experimentos anteriores para buscar violaciones del Modelo Estándar, hasta ahora en vano. Uno de esos intentos, para descubrir una diferencia entre la atracción gravitacional de la materia yantimateria, se probará con más precisión gracias a una nueva donación de $ 15 millones a ALPHA de Canadá y Dinamarca para buscar anomalías gravitacionales en los átomos de antihidrógeno.
En el experimento más reciente, realizado a fines de 2014, Fajans y Wurtele emplearon una técnica novedosa llamada aceleración estocástica, que es más sensible que los métodos más directos. Atraparon átomos de antihidrógeno como en experimentos anteriores, pero esta vez los pulsaron repetidamentecon un campo eléctrico para tratar de sacarlos de la trampa. Si los antiatomos son realmente neutros, estos campos no tendrían ningún efecto.
"Continuamente golpeamos el antihidrógeno con un campo eléctrico, al azar, aproximadamente 80,000 veces. Si se cargaban, golpeándolos de un lado a otro, de un lado a otro, eventualmente les daría suficiente energía para escapar de la trampa", dijo."El antihidrógeno permaneció en la trampa, lo que nos permitió establecer un límite sobre lo que podría haber sido la carga".
Comparó esta técnica con golpear un globo alrededor de un estadio de fútbol, golpeado repetidamente por cientos o miles de fanáticos. Sin la fricción del aire para frenarlo, el globo eventualmente se alejaría del estadio.
Gracias a los años de trabajo de los aproximadamente 50 científicos y estudiantes de ALPHA, el experimento ALPHA se encuentra ahora en una coyuntura crítica, dijo Fajans.
"Hemos llegado al punto en que podemos hacer experimentos confiables y confiables sobre el antihidrógeno atrapado, pero nos ha tomado miles y miles de horas llegar a este punto", dijo. "Se abre una nueva era de precisiónmedición en antihidrógeno "
Los estudiantes graduados de UC Berkeley, Marcello Baquero-Ruiz y Len Evans, y el profesor Andrew Charman trabajaron con Fajans, Wurtele y el equipo ALPHA para obtener los datos experimentales y analizarlos durante el año pasado. El equipo de UC Berkeley recibió el apoyo de US National ScienceFundación y Departamento de Energía.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Berkeley . Original escrito por Robert Sanders. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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