¿Cómo actúa la gravedad terrestre sobre un átomo de antimateria?
Nadie lo sabe, aunque la opinión de la mayoría de los físicos es que actúa igual que sobre un átomo de materia.
Verificarlo es el objetivo del experimento AEgIS (Antimatter Experiment: Gravity, Interferometry, Spectroscopy), en construcción en el CERN, que en el verano de 2012 debería iniciar la toma de datos.
EL experimento medirá el efecto de la gravedad sobre un átomo de antihidrógeno en caída libre durante 60 cm.
No es fácil, hay que enfriar el antihidrógeno a unos 100 mK (milésimas de grado sobre el cero absoluto) y habrá que medir desplazamientos del orden de unos 20 μm en la sombra del antiátomo de unos 8 mm de diámetro que se observará en un deflectómetro de Moiré.
Se estima que será necesario realizar unas 100 000 medidas para obtener una precisión del 1 % en el valor de la aceleración de la gravedad para el antihidrógeno; se requerirán varios meses de toma de datos, por lo que los resultados no se publicarán hasta 2013.
Los interesados en el estado actual del experimento disfrutarán de la lectura de “Progress report on the AEGIS experiment,” AEgIS, CERN, January 17, 2011, y con Marco G. Giammarchi (AEGIS Collaboration), “AEgIS at CERN: Measuring Antihydrogen Fall,” ArXiv, 1 Jun 2011.
La propuesta técnica oficial del experimento está en “Proposal for the AEgIS Experiment at the CERN Antiproton Decelerator,” AEgIS, CERN, June 8, 2007 (125 páginas).
La opinión general de los físicos es que AEgIS confirmará que la antimateria gravita de la misma forma que la materia, aunque siempre hay quien
opina lo contrario.
Argumentos muy generales indican que según la teoría general de la relatividad y el teorema CPT, la materia atrae a la materia y la antimateria atrae a la antimateria, en ambos casos de la misma forma.
Sin embargo, como nos recordaba este año Massimo Villata (Observatorio Astronómico de Turín, Italia), no hay ninguna ley física que prohíba que la materia repela a la antimateria y viceversa.
En dicho caso, el experimento AEgIS debería observar un valor de la aceleración de la gravedad negativo y no habría que alcanzar una precisión del 1 % para que publicaran un artículo, a finales de 2012 ya lo sabríamos y los responsables del experimento serían firmes
candidatos al Premio Nobel de Física.
Obviamente, yo soy escéptico al respecto.
El artículo técnico es M. Villata, “CPT symmetry and antimatter gravity in general relativity,” EPL 94: 20001, 2011 [ArXiv preprint].
Por cierto, el físico italiano Villata también es escritor de libros de ciencia ficción (bajo el seudónimo de Max Wells).
Por supuesto, las ideas de Villata tienen sus detractores, como Marcoen J.T.F. Cabbolet [ArXiv 23 Aug 2011], que las critica porque la fórmula de Villata supone que las partículas de antimateria son partículas de materia que van hacia atrás en el tiempo (lo supone a la hora de aplicar el teorema CPT), en lugar de partículas independientes; bajo esta segunda suposición (la más aceptada por la mayoría de los físicos), la ecuación de Villata para la interacción gravitatoria entre materia y antimateria no funciona.
Villata ha respondido [ArXiv, 6 Sep 2011] reafirmándose en su hipótesis y ofreciendo nuevos argumentos a favor.
Además, a los que le critican porque su ecuación no es aplicable a las partículas sin masa que son idénticas a sus antipartículas, como el fotón, Villata responde que las transformaciones CPT para el fotón (que es neutro) se reducen a PT (la conjugación de carga C no se aplica a las partículas neutras) y que su ecuación implica que los fotones emitidos por la materia avanzan en el tiempo hacia el futuro, pero que los fotones emitidos por la antimateria avanzan en el tiempo hacia al pasado, por ello el fotón y su antipartícula son idénticos y al mismo tiempo diferentes (es decir, hay fotones “retardados” y fotones “avanzados” en correspondencia con las funciones de Green en el electromagnetismo clásico de Maxwell).
Obviamente, yo sigo escéptico ante estas ideas.
¿Qué consecuencias tiene que la materia repela a la antimateria?
En su artículo original, Villata indica que sus ideas podrían explicar la esencia de la energía oscura (responsable de la expansión acelerada del universo).
En el universo a gran escala se han encontrado grandes vacíos en los que aparentemente no hay materia.
Según Villata podría haber antimateria, que aislada en dichos vacíos no se aniquila con la materia de su alrededor.
La repulsión entre esta antimateria de origen primordial y la materia que se encuentra entre estos vacíos sería la responsable de la expansión acelerada del universo.
Las búsquedas de antimateria a gran escala en el universo todavía no la han encontrado en estos vacíos.
Villata no ofrece ni argumentos cosmológicos ni argumentos astrofísicos convincentes para su idea, solo un breve párrafo, pero muchos blogs se hicieron eco de su artículo gracias a su explicación de la energía oscura, como Astroboy, “Gravedad de la antimateria podría explicar la expansión del universo,” Espacio Cósmico, 15 abr. 2011), o Kanijo, “La antigravedad podría reemplazar a la energía oscura como causa de la expansión del universo,” Ciencia Kanija, 25 abr. 2011 (traducción de un artículo de Vanessa D’amico en Universe Today).
El gran ventaja de una idea tan revolucionaria como la de Villata es que tiene gran número de consecuencias.
Según Dragan Slavkov Hajdukovic, los pares partícula-antipartícula virtuales se comportarán de forma exótica: (1) tienen masa gravitatoria nula, (2) se comportan como un dipolo gravitatorio, y (3) un campo gravitatorio intenso puede crearlos a partir del vacío.
Como consecuencia, la materia oscura se podría explicar como la polarización del vacío [artículo en ArXiv] y los agujeros negros crearían pares neutrino-antineutrino, por lo que emitirían un flujo de antineutrinos que podría ser detectado en los telescopios de neutrinos como IceCube
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