Un nuevo récord para una nube de antiprotones de muy baja temperatura se alcanzó en el CERN en Ginebra, anuncia un informe el pasado 02 de julio en Physical Review Letters. Los investigadores enfríaron una nube de unos 4.000 antiprotones hasta 9 grados Kelvin utilizando un enfoque estándar para los átomos de enfriamiento que nunca se ha utilizado con partículas cargadas o iones. La técnica podría proporcionar una nueva forma de crear y atrapar antihidrógeno, lo que podría ayudar a los investigadores a encontrar la simetría básica de la naturaleza.
El Antihidrógeno, la contraparte de antimateria del hidrógeno, se compone de un antiprotón y un positrón (anti-electrones). Según el teorema CPT (carga-paridad en tiempo), uno de los pilares fundamentales del modelo estándar de física de partículas, el hidrógeno y el antihidrógeno deben compartir muchos rasgos básicos, como la masa, momento magnético, y el espectro de emisión. Si antihidrógeno y el hidrógeno tienen un espectro incluso ligeramente diferente, indica algunos principios nuevos de la física más allá del modelo estándar, algo muy importante.
“Nos gustaría atrapar antihidrógeno y apuntar con el láser en él y ver si se ve igual que el hidrógeno”, dice Jeffrey Hangst de la Universidad de Aarhus en Dinamarca y en la colaboración del ALPHA del CERN. En 2002, la colaboración ATHENA en el CERN, el predecesor de ALPHA, había creado alrededor de cien átomos de antihidrógeno por segundo trayendo antiprotones y positrones juntos en una trampa de campos eléctricos y magnéticos [1]. La trampa sólo podía contener partículas cargadas, por lo que los átomos de antihidrógeno neutral escaparon tan pronto como se formaron. Para una trampa de antihidrógeno con un átomo neutro y medir sus propiedades, los investigadores necesitan hacerlo tan frío como un medio kelvin.
Esto requiere de unos anti-protones extremadamente fríos, que son responsables de la mayor parte de la energía térmica del anti-hidrógeno. Técnicas anteriores enfriaron anti-protones con electrones fríos, pero la temperatura más baja lograda en anti-protones con este método era de unos 100 kelvin. Para seguir bajando, Hangst y sus colegas usaron una técnica llamada enfriamiento evaporativo, que se había usado anteriormente sólo con átomos neutros. “Es exactamente igual a como se enfría una taza de café”, dice Hangst. “En el vapor que hay sobre tu café, tienes las moléculas más calientes. Pueden escapar del mismo y llevarse energía, por lo que el café está globalmente más frío”.
Las partículas frías cargadas son especialmente sensibles a desviarse por campos magnéticos, por lo que el equipo ALPHA tuvo que diseñar componentes electrónicos que fuesen inusualmente “carentes de ruido”. También aprovecharon nuevos trucos para incrementar la densidad de su plasma de antiprotones [2], dado que las densidades de ATHENA eran demasiado bajas para el enfriamiento evaporativo.
Hangst y colegas pusieron a cerca de 40.000 antiprotones a una temperatura de unos 1000 grados Kelvin en su trampa electromagnética. Una trampa de partículas es algo así como un plato, y el equipo bajó lentamente de un lado del recipiente, por lo que es más superficial y permitiendo que los mejores antiprotones escaparan por la borda.Al final del experimento, sólo el 10 por ciento de los antiprotones original se mantuvo. Pero estaban a una temperatura de sólo 9 grados Kelvin, diez veces más frío que el antiprotón anteriores experimentos de enfriamiento. “Estos son los anti-protones más fríos jamás medidos,” Hangst dice y señala que algunas de las partículas son probablemente lo suficientemente frías para hacer antihidrógeno interceptable.
Por lo general, los físicos utilizan el láser para enfriar los iones a temperaturas extremadamente bajas, pero eso sólo funciona si los iones contienen el conjunto adecuado de los estados de energía. Hangst dice que el experimento ALPHA muestra que el enfriamiento por evaporación puede trabajar con casi cualquier partículas cargadas o iones – incluso moléculas – y no es necesario limitarse a los átomos neutros.
El resultado es un “verdadero avance”, dice Cliff Surko de la Universidad de California en San Diego. “A largo plazo, podría ser realmente significativo para el esfuerzo global” de atrapar anti-hidrógeno.
