El experimento ALPHA en el CERN, dirigido por científicos de la Universidad de Swansea, ha llevado a cabo la medición más precisa y exacta jamás realizada en antimateria.
El equipo de colaboración de científicos ALPHA ha informado sobre la medición directa más precisa de antimateria jamás realizada, revelando la estructura espectral del átomo de antihidrógeno con un detalle sin precedentes.
El resultado, publicado recientemente en Naturaleza, es la culminación de tres décadas de investigación y desarrollo en el CERN, y abre una era completamente nueva de pruebas de alta precisión entre materia y antimateria.
El humilde átomo de hidrógeno, compuesto por un solo electrón que orbita alrededor de un solo protón, es un gigante en la física fundamental, que sustenta la imagen atómica moderna. Su espectro se caracteriza por líneas espectrales bien conocidas en ciertas longitudes de onda, correspondientes a la emisión de fotones deuna cierta frecuencia o color cuando los electrones saltan entre diferentes órbitas.Las mediciones del espectro del hidrógeno concuerdan con las predicciones teóricas al nivel de unas pocas partes en un cuatrillón 1015, un logro asombroso que los investigadores de antimateria han buscado durante mucho tiempo igualar para el antihidrógeno.
La comparación de tales medidas con las de los átomos de antihidrógeno, que comprenden un antiprotón orbitado por un positrón, prueba una simetría fundamental llamada invariancia de tiempo de paridad de carga CPT. Encontrar una pequeña diferencia entre los dos sacudiría los cimientos del modelo estándar.de la física de partículas y tal vez arrojar luz sobre por qué el universo está compuesto casi en su totalidad de materia, a pesar de que se deberían haber creado cantidades iguales de antimateria en el Big Bang.
Hasta ahora, sin embargo, ha sido casi imposible producir y atrapar un número suficiente de delicados átomos de antihidrógeno y adquirir la tecnología de interrogación óptica necesaria para hacer posible una espectroscopia de antihidrógeno seria.
El equipo ALPHA fabrica átomos de antihidrógeno tomando antiprotones del Antiproton Decelerator AD del CERN y uniéndolos con positrones de una fuente de sodio-22. A continuación, confina los átomos de antihidrógeno resultantes en una trampa magnética, lo que evita que entren en contacto conLuego se proyecta luz láser sobre los átomos de antihidrógeno atrapados, se mide su respuesta y finalmente se compara con la del hidrógeno.
En 2016, el equipo ALPHA utilizó este enfoque para medir la frecuencia de la transición electrónica entre el estado de menor energía y el primer estado excitado la llamada transición 1S a 2S del antihidrógeno con una precisión de un par de partesen diez mil millones, encontrando un buen acuerdo con la transición equivalente en el hidrógeno. La medición involucró el uso de dos frecuencias láser, una que coincidía con la frecuencia de la transición 1S-2S en el hidrógeno y otra "desafinada" de ella, y contando el número de átomos.que cayó de la trampa como resultado de las interacciones entre el láser y los átomos atrapados.
El último resultado de ALPHA lleva la espectroscopia antihidrógeno al siguiente nivel, utilizando no solo una sino varias frecuencias láser desafinadas, con frecuencias ligeramente más bajas y más altas que la frecuencia de transición 1S-2S en hidrógeno. Esto permitió al equipo medir la forma espectral, o esparcida en colores, de la transición de antihidrógeno 1S-2S y obtenga una medición más precisa de su frecuencia central. La forma coincide extremadamente bien con la esperada para el hidrógeno, y ALPHA pudo determinar la frecuencia de transición de antihidrógeno 1S-2S con una precisiónde dos partes en un billón, un factor de 100 mejor que la medición de 2016.
"La precisión lograda en el último estudio es el máximo logro para nosotros", explica Niels Madsen, vocero adjunto del experimento ALPHA y profesor de la Universidad de Swansea. "Llevamos 30 años tratando de lograr esta precisión y finalmente lo hemos logradoeso."
Aunque la precisión aún es inferior a la del hidrógeno ordinario, el rápido progreso realizado por ALPHA sugiere que la precisión similar al hidrógeno en el antihidrógeno, y por lo tanto las pruebas sin precedentes de la simetría CPT, ahora están al alcance.
"Esto es espectroscopía láser real con antimateria, y la comunidad de la materia se dará cuenta", agrega el profesor de la Universidad de Swansea, Michael Charlton: "Estamos cumpliendo toda la promesa de la instalación AD del CERN; es un cambio de paradigma".
"Este es un sueño hecho realidad. Ahora tenemos la vista puesta firmemente en mejorar aún más la precisión para igualar los experimentos con hidrógeno ordinario. Este será un desafío formidable, pero con el fantástico equipo que tenemos actualmente, confío en que lograremosprogreso", comentó el profesor Stefan Eriksson, de la Universidad de Swansea.
El equipo láser incluye al Dr. Steven Jones, cuyos esfuerzos fueron fundamentales para el éxito de la colaboración. El Dr. Jones completó recientemente su doctorado en espectroscopia antihidrógeno en la Universidad de Swansea.
Ana Lopes del CERN proporcionó partes significativas de esta sinopsis de los hallazgos de la investigación.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionados por Universidad de Swansea. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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