Un equipo de científicos de la Universidad Northwestern, en Estados Unidos, logró aislar un positrón, la antipartícula del electrón, y mantenerlo confinado durante meses, un avance que abre nuevas posibilidades para estudiar las propiedades fundamentales de la antimateria y comprender mejor las leyes que rigen el Universo.
El experimento, realizado por investigadores encabezados por Gerald Gabrielse y Tom Myers, permitió controlar el movimiento de esta partícula y observar cómo cambia entre distintos niveles de energía cuántica, lo que representa un paso importante hacia mediciones de alta precisión sobre el comportamiento de la antimateria.
Los positrones tienen la misma masa que los electrones, pero poseen una carga eléctrica positiva, opuesta a la carga negativa de estos últimos. Cuando ambas partículas entran en contacto, pueden aniquilarse mutuamente y transformar su energía en otras formas de radiación, habitualmente fotones.
Aunque la existencia de los positrones y su interacción con los electrones se conocen desde hace décadas, mantener una partícula de antimateria aislada durante periodos prolongados y controlar sus propiedades constituye un desafío experimental.
Para conseguirlo, los investigadores recurrieron a una sofisticada trampa electromagnética, conocida como trampa de Penning, que utiliza campos eléctricos y magnéticos para confinar partículas cargadas e impedir que entren en contacto con las paredes del dispositivo.
El procedimiento incluyó el paso de positrones por un cristal de tungsteno, con el propósito de reducir su energía. Posteriormente, las partículas fueron sometidas a condiciones experimentales que permitieron su confinamiento y estudio.
El sistema se mantuvo a temperaturas extremadamente bajas, cercanas al cero absoluto, equivalente a aproximadamente menos 273 grados Celsius. Estas condiciones ayudan a reducir las perturbaciones que podrían interferir con las mediciones.
Controlar la antimateria para poner a prueba las leyes de la física
Uno de los aspectos más relevantes del experimento fue la capacidad de manipular los estados cuánticos del positrón mediante microondas y detectar cambios en su espín, una propiedad intrínseca de las partículas subatómicas.
Estas observaciones podrían facilitar futuras mediciones de sus propiedades magnéticas con una precisión extraordinaria.
El objetivo científico va más allá de mantener confinada una partícula: los investigadores buscan comparar las propiedades del positrón con las del electrón para comprobar con mayor rigor algunas de las predicciones fundamentales de la física moderna.
Entre ellas destaca la simetría CPT, un principio del Modelo Estándar que establece que las leyes físicas deben permanecer invariantes bajo la combinación de tres transformaciones: conjugación de carga, inversión de paridad e inversión temporal.
Una de sus consecuencias es que el electrón y el positrón deben tener la misma masa y momentos magnéticos de igual magnitud, aunque con signos opuestos debido a sus cargas eléctricas.
Mientras que las propiedades magnéticas del electrón se han medido con una precisión extraordinaria, mejorar las mediciones correspondientes al positrón permitiría someter esta simetría a pruebas cada vez más exigentes.
Si los resultados coinciden con las predicciones teóricas, se fortalecerá la evidencia experimental a favor de la simetría CPT. En cambio, una discrepancia confirmada que no pueda explicarse mediante errores o efectos conocidos podría señalar la existencia de fenómenos físicos que todavía no comprende la ciencia.
Hasta el momento, el experimento no ha demostrado una diferencia entre las propiedades del electrón y las del positrón. Las mediciones posteriores serán necesarias para determinar hasta qué punto este método puede contribuir a resolver esa cuestión.
El enigma de por qué existe más materia que antimateria
La investigación también se relaciona con uno de los interrogantes más profundos de la cosmología: por qué el Universo está compuesto predominantemente por materia y no por cantidades equivalentes de materia y antimateria.
De acuerdo con los modelos actuales, los procesos del Universo temprano debieron producir materia y antimateria en cantidades casi iguales. Si ambas hubieran terminado aniquilándose por completo, no existirían los átomos, las estrellas, los planetas ni las estructuras cósmicas que observamos.
Sin embargo, el Universo que conocemos está dominado por la materia, y los mecanismos que originaron ese desequilibrio todavía no se comprenden por completo.
La comparación precisa entre las propiedades del electrón y el positrón podría ayudar a descartar o identificar posibles desviaciones de las leyes físicas conocidas. No obstante, comprobar la simetría CPT no resolvería por sí solo el problema de la asimetría entre materia y antimateria, que también requiere investigar otros procesos fundamentales del Universo temprano.
El avance demuestra cómo la física experimental permite poner a prueba las predicciones matemáticas y teóricas mediante observaciones concretas. Aunque todavía quedan preguntas sin respuesta, la posibilidad de estudiar un positrón durante periodos prolongados representa una herramienta prometedora para explorar los límites del conocimiento actual.
La búsqueda de una explicación sobre el predominio de la materia continúa abierta, y experimentos como este podrían aportar nuevas pistas para comprender por qué existe el Universo tal como lo conocemos.