La antimateria responde a la gravedad como predijo Einstein, según confirma importante experimento del CERN
La antimateria abraza la Tierra, cayendo hacia abajo como la materia normal: un experimento pionero del CERN revela el efecto de la gravedad sobre el gemelo esquivo de la materia.
Representación conceptual artística de átomos de antihidrógeno cayendo por el fondo de la trampa magnética del aparato ALPHA-g. Crédito: Keyi "Onyx" Li/Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. | copyright
Por primera vez, los científicos han observado partículas de antimateria –las misteriosas gemelas de la materia visible que nos rodea– cayendo hacia abajo por efecto de la gravedad, según anunció el miércoles (27.09.2023) el laboratorio de física europeo CERN.
El experimento fue aclamado como un “enorme hito”, aunque la mayoría de los físicos preveían el resultado, y había sido predicho por la teoría de la relatividad de Einstein de 1915.
Descarta definitivamente que la gravedad repela la antimateria hacia arriba, un hallazgo que habría puesto patas arriba nuestra comprensión fundamental del universo.
Big Bang: materia y antimateria
Se cree que hace 13.800 millones de años, el Big Bang produjo la misma cantidad de materia –de la que está hecho todo lo que se ve– y de antimateria, su contrapartida igual pero opuesta.
Sin embargo, prácticamente no hay antimateria en el universo, lo que ha provocado uno de los mayores misterios de la física: ¿qué pasó con toda la antimateria?
“Falta la mitad del universo”, afirma Jeffrey Hangst, miembro de la colaboración ALPHA del CERN en Ginebra, que ha llevado a cabo el nuevo experimento. “En principio, podríamos construir un universo –todo lo que conocemos– solo con antimateria, y funcionaría exactamente igual”, declaró a la AFP.
Los físicos creen que la materia y la antimateria se encontraron y se destruyeron casi por completo tras el Big Bang. Sin embargo, la materia constituye ahora casi el cinco por ciento del universo –el resto es materia oscura y energía oscura, aún menos comprendidas–, mientras que la antimateria desapareció.
Manzana de antimateria: ¿se habría ido hacia el cielo?
Una de las principales cuestiones pendientes sobre la antimateria era si la gravedad hacía que cayera del mismo modo que la materia normal. Aunque la mayoría de los físicos creían que sí, unos pocos habían especulado lo contrario.
La caída de una manzana inspiró el famoso trabajo de Isaac Newton sobre la gravedad, pero si esa manzana estuviera hecha de antimateria, ¿habría salido disparada hacia el cielo?
Y si de hecho la gravedad repeliera la antimateria, podría haber significado que imposibilidades como una máquina de movimiento perpetuo fueran posibles. “Así que, ¿por qué no dejar caer un poco y ver qué pasa?”. dijo Hangst.
Hangst comparó el experimento con la famosa –aunque probablemente apócrifa– demostración de Galileo en el siglo XVI de que dos bolas de distinta masa lanzadas desde la Torre Inclinada de Pisa caerían a la misma velocidad.
Pero este experimento, resultado de 30 años de trabajo sobre la antimateria en el CERN, era “un poco más complicado” que el de Galileo, explica Hangst.
Uno de los problemas era que la antimateria apenas existe fuera de las partículas raras y efímeras del espacio exterior.
El antihidrógeno
Sin embargo, en 1996, los científicos del CERN produjeron los primeros átomos de antimateria: el antihidrógeno.
Otro problema era que, como la materia y la antimateria tienen una carga eléctrica opuesta, en el momento en que se encuentran se destruyen mutuamente en un violento destello de energía que los científicos denominan aniquilación.
Para estudiar el efecto de la gravedad sobre la antimateria, el equipo ALPHA construyó una botella de 25 centímetros de largo colocada de canto, con imanes en la parte superior e inferior.
“Trampa magnética” llamada ALPHA-g
A finales del año pasado, los científicos colocaron un centenar de átomos de antihidrógeno muy fríos en esta “trampa magnética” llamada ALPHA-g.
Al reducir la fuerza de ambos imanes, las partículas de antihidrógeno, que rebotaban a 100 metros por segundo, pudieron escapar por ambos extremos de la botella.
Los científicos contaron la cantidad de antimateria aniquilada en cada extremo de la botella.
Alrededor del 80 % del antihidrógeno salió por la parte inferior, un porcentaje similar al que tendrían los átomos de hidrógeno que rebotan dentro de la botella.
Este resultado, publicado en la revista Nature, demuestra que la gravedad hace que la antimateria caiga hacia abajo, como predecía la teoría de la relatividad de Einstein de 1915.
En más de una docena de experimentos, los científicos del CERN variaron la fuerza de los imanes, observando el efecto de la gravedad sobre la antimateria a diferentes velocidades.
Preguntas abiertas sobre la antimateria
Aunque el experimento descarta que la gravedad haga subir al antihidrógeno, Hangst subraya que no prueba que la antimateria se comporte exactamente igual que la materia normal. “Ésa es nuestra próxima tarea”, afirma.
Marco Gersabeck, un físico que trabaja en el CERN pero que no participó en la investigación de ALPHA, dijo que era “un gran hito”. Sin embargo, “es solo el comienzo de una era” de mediciones más precisas del efecto de la gravedad sobre la antimateria, declaró a la AFP.
Otros intentos de comprender mejor la antimateria incluyen el uso del Gran Colisionador de Hadrones del CERN para investigar partículas extrañas llamadas quarks de belleza.
Y hay un experimento a bordo de la Estación Espacial Internacional que intenta captar antimateria en los rayos cósmicos.
Pero por ahora, la razón exacta por la que el universo está inundado de materia, pero desprovisto de antimateria “sigue siendo un misterio”, afirma el físico Harry Cliff.
Dado que ambas deberían haberse aniquilado por completo en el universo primitivo, “el hecho de que existamos sugiere que hay algo que no entendemos”, añadió.
