Artículo publicado por Iqbal Pittalwala el 26 de enero de 2012 en UCR Today
Físicos de la UC en Riverside han iniciado un experimento de laboratorio para encontrar la respuesta.
¿Se comportan materia y antimateria de forma distinta respecto a la gravedad? Los físicos de la Universidad de California en Riverside se han propuesto determinar la respuesta. De encontrarla, podría explicar por qué el universo parece no tener antimateria y por qué se expande a un ritmo cada vez mayor.
En el laboratorio, los investigadores dieron los primeros pasos hacia la medida de la caída libre del “positronio” – un estado ligado de un positrón y un electrón. El positrón es la versión en antimateria del electrón. Tiene una masa idéntica a la del electrón, pero una carga positiva. Si un positrón y un electrón se encuentran entre sí, se aniquilan produciendo dos rayos gamma.
Equilibrio de materia y antimateria
Los físicos David Cassidy y Allen Mills separaron inicialmente el positrón del electrón en el positronio, de forma que este sistema inestable resistiera a la aniquilación lo suficiente como para que los físicos midieran el efecto de la gravedad en él.
“Usando láseres, excitamos el positronio hasta lo que se conoce como estado de Rydberg, que deja al átomo con unos enlaces muy débiles, con el electrón y el positrón muy alejados entre sí”, señala Cassidy, científico ayudante en el proyecto en el Departamento de Física y Astronomía, que trabaja en el laboratorio de Mills. “Esto evita por un tiempo que se destruyan entre sí, lo que significa que puedes experimentar con ellos”.
Los átomos de Rydberg son átomos muy excitados. Son interesantes para los físicos debido a que muchas de las propiedades de los átomos quedan exageradas.
En el caso del positronio, Cassidy y Mills, Profesor de Física y Astronomía, estaban interesados en lograr un tiempo de vida largo para el átomo de su experimento. En el nivel de Rydberg, el tiempo de vida del positronio se incrementa en un factor de 10 a 100.
“Pero eso no es suficiente para lo que intentamos hacer”, señala Cassidy. “En el futuro próximo usaremos una técnica que imparte un gran momento angular a los átomos de Rydberg”, comenta Cassidy. “Esto hace que se más difícil la desintegración de los átomos, y podrían vivir hasta 10 milisegundos – un incremento en un factor de 100 000 – y ofrecerse para un estudio más detallado”.
Cassidy y Mills ya han creado grandes cantidades de positronio Rydberg en el laboratorio. Luego, lo excitarán más para lograr tiempos de vida de unos pocos milisegundos. Entonces crearán un haz de estos átomos superexcitados para estudiar cómo se desvían por efecto de la gravedad.
“Observaremos el desvío del haz como una función del tiempo de vuelo para ver si la gravedad lo curva”, explica Cassidy. “Si encontramos que materia y antimateria no se comportan de la misma manera, sería un gran impacto para el mundo de la física. Actualmente tenemos la suposición de que materia y antimateria son exactamente lo mismo – aparte de unas pocas propiedades como la carga. Esta suposición lleva a esperar que se hayan creado en cantidades iguales en el Big Bang. Pero no vemos tanta antimateria en el universo, por lo que los físicos están buscando diferencias entre materia y antimateria para explicar esto”.
Los resultados del estudio aparecen en el ejemplar del 27 de enero de la revista Physical Review Letters.
Cassidy y Mills esperan intentar el siguiente paso en sus experimentos con gravedad este verano.
Se unieron a esta investigación Harry Tom, Profesor de Física y Astronomía, y Tomu H. Hisakado, estudiante graduado en el laboratorio de Mills.
La investigación está patrocinada con becas de la Fundación Nacional de Ciencias y la Oficina de Investigación de las Fuerzas Aéreas de los Estados Unidos.
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