No sabemos si un kilo de antimateria pesa lo mismo que un kilo de materia, y estos experimentos súper precisos quieren comprobarlo

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No comprendemos si un kilo de antimateria pesa lo idéntico que un kilo de materia, y estos experimentos súper precisos quieren comprobarlo

Peso, masa y materia son 3 ideas con las que vivimos cada día. Sin embargo, no son tan “naturales” como nos podría parecer. En el universo, la materia que conocemos mediante nuestros sentidos no es la única que existe. La gravedad, siquiera nos ancla al suelo, es alguna idea todavía enigmática.

Para poder comprender mejor en qué nos equivocamos (y en qué hemos acertado), los científicos han construido enormes laboratorios, algunos con kilómetros de longitud, en los que hacer experimentos de altísimas energías. Uno de los mas novedosos pretende contestar a alguna sencilla pregunta: ¿pesa lo idéntico un kilo de materia que de antimateria?

El dilema del peso y la masa

“¿Qué pesa más: un kilo de hierro u un kilo de plumas?”, preguntaba socarrón un viejo educador de mi instituto. Los mas rápidos contestaban sin considerar que el kilo de hierro. Los mas meditabundos nos parábamos a considerar un poco más: “¡Lo mismo!”, contestábamos al unísono un poco después. “Todos estáis equivocados”, soltaba entre risas el profesor.

Esta historia, que tiene un poco de verdad y un poco de cuento, refleja alguna realidad que subyace a todas las veces que nos hemos caído al suelo: todavía no entendemos la gravedad. A diferencia de otras fuerzas fundamentales del universo, la gravedad sigue escapándose a vuestra comprensión. Nos faltan datos, partículas, experimentos, mediciones…

La gravedad aparece afiliada a la masa, pero no poseemos del todo claro por qué. La gravedad, al final, nos lleva a considerar en otro apariencia esencial en vuestro día a día: el peso. Decimos que algo pesa según la potencia que ejerce hacia “abajo” (hacia el suelo). Y hablamos de peso y masa sin ningún tipo de distinción.

Balanza Mpa

Cuando hablamos de un kilo de plumas, en realidad, hablamos de su masa. El peso es el producto de esa masa por la potencia de la gravedad. Y, para complicarlo más, cuando medimos “el peso”, en realidad, lo que medimos es la suma de todas las fuerzas que actúan sobre la masa. Por ejemplo, un kilo de plumas podría no medir lo idéntico que un kilo de hierro ante alguna balanza.

Pero pasemos a alguna cuestión todavía mas inquietante. Tanto las plumas como el hierro son materia, y son afectadas por alguna serie de fuerzas que conocemos suficiente bien. Ahora imaginemos que poseemos un kilo de hierro y un kilo de “antiplumas” (plumas formadas con antimateria, vaya). ¿Se plegarían a las mismas normas universales? ¿O pasaría algo totalmente distinto?

Antimateria, la “alquimia” del siglo XXI

La busca de la piedra filosofal se remonta a miles de años atrás. Los primero alquimistas buscaban transformar los metales en oro y otras materias preciosas. La idea era crear recientes materiales para comprender el mundo. De estos “sabios” no se diferencian tanto los científicos mas punteros actuales.

Antimatter Cloud Esto es alguna “nube” de antimateria

Los operadores, técnicos y físicos que trabajan en la Organización Europea para la Investigación Nuclear (más conocida como CERN), además buscan en los misterios de la materia la verdad del universo. Como los antiguos alquimistas, desgranan las leyes importantes creando nuevas partículas y fenómenos físicos. Entre ellos la antimateria.

Cuando vuestro universo “apareció”, con él aparecieron la materia y la antimateria, que según los cálculos deberían haberse encontrado de figura simétrica. Con el tiempo, no comprendemos muy bien por qué, esta última fue desapareciendo. O eso creemos, porque en realidad nadie tiene muy claro por qué no poseemos la antimateria mas a mano. Tal vez esté ahí, formando enormes cúmulos de galaxias de antimateria, en un punto alejado del espacio. En cualquiera caso, comprendemos con seguridad que la antimateria existe.

Y lo comprendemos porque podemos crearla en el laboratorio. La antimateria salió como resultado de las ecuaciones matemáticas. Los físicos se encargaron de idear alguna modo de obtenerla para observarla mediante interacciones muy energéticas. La antimateria se crea en laboratorios como el decelerador de antiprotones, en el CERN, u con el experimento ALPHA, que produce partículas de antihidrógeno.

El problema de estas partículas es que son muy efímeras: se aniquilan en contacto con sus partículas contrarias. Así, un átomo antihidrógeno se destruye al entrar en contacto con un átomo de hidrógeno. Por otro lado, siquiera muchas pertenencias son muy parecidas a las de la materia, la antimateria sigue siendo un gran misterio.

Volviendo a la cuestión que nos ocupaba al principio, ¿obedece la antimateria a la gravedad de la misma modo que los elementos cotidianos que conocemos? Y si no lo hace, ¿qué significa? ¿Cambiará vuestra vista universal? Es inalcanzable construir un kilo de antiplumas para comprobarlo. Pero lo que sí que podemos hacer es probar con moléculas de antimateria mas pequeñas.

ALPHA-g y GBAR, y el peso de un antiátomo

Para contestar a la pregunta de marras, diversos investigadores han preparado sendos experimentos. En ALPHA, mediante el golpe de partículas se consigue un positrón (un antielectrón) y un antiprotón para conformar un antihidrógeno. Este, en el experimento anterior, ATHENA, chocaba contra las muros del experimento y se aniquilaba con la materia ordinaria.

En ALPHA han logrado mantener aislado la antimateria durante mas de un cuarto de hora, atrapando el antiátomo. De esta modo se puede apuntar un láser hacia él y aprender su estructura interna. Con ALPHA-g el experimento es muy similar, pero puesto en vertical. Lo que pretenden hacer con la antimateria es muy parecido a lo que quiso verificar Galileo con la pluma y el martillo: dejar caer el átomo. Este experimento concede medir con precisión cómo perjudica la gravedad a la antimateria.

El otro experimento, el GBAR, quiere coger antiprotones y positrones y conformar un antiión, es decir, un ión con carga magnética pero de antimateria. Después, este antiión se enfriará a temperatura cercana al 0 absoluto y se le robará 1 de los positrones, para convertirlo, de nuevo, en un antiátomo no iónico.

Alice

En ese idéntico momento, al no tener carga, el antiátomo caerá veinte centímetros mientras los cuales los investigadores observarán su comportamiento. Básicamente, es el idéntico procedimiento que el ALPHA-g pero mas preciso, ya que trata de quitar casi cualquiera interacción con otras probables fuerzas.

Estos experimentos otorgarán sus resultados en unos años. No es nada sencillo construir antimateria y demasiado menos controlarla. Los operadores de GBAR tienen la confianza de poder generar los principales antiátomos este año que entra. ALPHA-g espera poder lanzar resultados en 2021.

Mientras tanto, el planeta espera a la respuesta. Si detectamos alguna extrañeza en el comportamiento de la antimatería, si la gravedad no le perjudica como a la materia, podríamos Estad ante un hito revolucionario: un intercambio profundo en el conocimiento de esta potencia fundamental, alguna probable solución para formular alguna teoría cuántica de la gravedad. O, tal vez, nos topemos con que necesitamos un kilo de antiplumas para saberlo, quién sabe.

Imagen | Robert Couse-Baker / Flickr

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