La antimateria es fascinante no solo por su esencia; también lo es debido al aún enigmático papel que jugó en el origen del universo. Los científicos todavía no disponen de las herramientas necesarias para entender con cierta precisión el rol de esta forma de materia en la formación del cosmos y los mecanismos que gobiernan la tenue línea que delimita el desequilibrio entre materia y antimateria. Afortunadamente lo que sí conocen son sus elementos constituyentes y algunas de sus propiedades.

Entender qué es la antimateria no es difícil. Y es que podemos observarla como un tipo exótico de materia que está constituido por antipartículas, que son partículas con la misma masa y espín que las partículas con las que estamos familiarizados, pero con carga eléctrica opuesta. De esta forma la antipartícula del electrón es el positrón o antielectrón.

Y la antipartícula del protón es el antiprotón. La antimateria tiene una propiedad sorprendente: cuando entra en contacto directo con la materia ambas se aniquilan, liberando una gran cantidad de energía bajo la forma de fotones de alta energía, así como otros posibles pares partícula-antipartícula. Actualmente está siendo estudiada en buena parte de los centros de investigación especializados en física de partículas más importantes del mundo con la esperanza de que conocerla mejor nos ayude a entender algunos de los misterios del cosmos que permanecen fuera de nuestro alcance.

La división hiperfina del antihidrógeno ha quedado al descubierto La fábrica de antimateria del CERN produce esta forma de materia disparando protones de alta energía procedentes de un sincrotrón adyacente contra un bloque metálico. Este proceso genera una cascada de partículas secundarias, y entre ellas surgen antiprotones. Estas últimas partículas pueden después enfriarse para ser utilizadas en los experimentos de la instalación.

ALPHA (Antihydrogen Laser Physics Apparatus o aparato de física láser del antihidrógeno), que es uno de ellos, está especializado en producir antihidrógeno fusionando los antiprotones con positrones. Después los investigadores utilizan campos magnéticos para atrapar el antihidrógeno y estudiarlo con más profundidad. Un átomo de antihidrógeno está compuesto por un antiprotón en su núcleo y un positrón orbitando en torno a él, de la misma forma que un átomo de hidrógeno contiene un protón en torno al que orbita un electrón.

El deuterio y el tritio, los dos isótopos del hidrógeno, tienen además uno o dos neutrones en el núcleo respectivamente. Los investigadores del experimento ALPHA han conseguido algo asombroso: han medido la división hiperfina del estado fundamental del átomo de antihidrógeno con una precisión de 4 partes por millón, mejorando en dos órdenes de magnitud el resultado anterior. Este hito es muy importante debido a que permite llevar a cabo pruebas muy rigurosas en el ámbito de la electrodinámica cuántica La división hiperfina del estado fundamental del átomo de antihidrógeno es la pequeña separación del estado energético más bajo del átomo debida a la interacción magnética entre el antiprotón y el positrón.

De acuerdo con las simetrías fundamentales de la naturaleza, esta medición debería ser idéntica al efecto equivalente observado en el hidrógeno. Sea como sea, este hito es muy importante debido a que permite llevar a cabo pruebas muy rigurosas en el ámbito de la electrodinámica cuántica, que es la teoría más precisa que explica las interacciones que se producen entre las partículas con carga y la luz. Jeffrey Hangst, el portavoz del experimento ALPHA, explica que "la división hiperfina del estado fundamental del hidrógeno es el origen de la llamada línea de 21 centímetros, tan apreciada por los radioastrónomos y los investigadores que buscan inteligencia extraterrestre [...] Cuando se concibió la fábrica de antimateria en los años 90, la división hiperfina del antihidrógeno era uno de los objetivos de medición clave que justificaban la construcción de la instalación". "La medición actual representa la culminación de muchos años de esfuerzo", ha señalado Hangst. "Hemos perseguido la determinación precisa de la división hiperfina del antihidrógeno desde que demostramos cómo atrapar átomos de antimateria en 2010.

Y ahora otro grupo de la fábrica de antimateria, la colaboración ASACUSA, también está intentando estudiar esta transición tan importante. Su técnica, si logra demostrarse, tiene el potencial de alcanzar una precisión aún mayor". Gracias al nivel de precisión tan alto que ha alcanzado ALPHA, la medición de la división hiperfina es sensible a los efectos de la estructura interna del antiprotón en el centro del átomo de antihidrógeno.

En cualquier caso, este resultado es un paso muy importante en el esfuerzo por explorar con más profundidad la naturaleza de la antimateria. Imagen | CERN Más información | CERN