gustavoalvamori: Los antiprotones más fríos

jueves, 5 de agosto de 2010

Los antiprotones más fríos

Se ha medido un nuevo récord de baja temperatura para una nube de antiprotones en el CERN en Ginebra, según se anuncia en la publicación del 2 de julio de la revista Physical Review Letters. Los investigadores enfriaron una nube de unos 4000 antiprotones a 9 kelvin usando una aproximación estándar para el enfriamiento de átomos que nunca se había usado con partículas cargadas o iones. La técnica podría proporciona una nueva forma de crear y atrapar anti-hidrógeno, el cual podría ayudar a los investigadores a estudiar una simetría básica de la naturaleza.

El anti-hidrógeno, el homólogo de antimateria del hidrógeno, está compuesto de un antiprotón y un positrón (anti-electrón). De acuerdo con el Teorema CPT (carga-paridad-tiempo), un pilar fundamental del modelo estándar de la física de partículas, el hidrógeno y el anti-hidrógeno deberían compartir muchos rasgos básicos, como masa, momento magnético, y espectro de emisión. Si el hidrógeno y el anti-hidrógeno tienen espectro siquiera ligeramente distintos, eso indica algunos nuevos principios físicos más allá del modelo estándar, realmente algo grande.

“Queríamos atrapar algo de anti-hidrógeno e iluminarlo con un láser para ver si tenía el mismo aspecto que el hidrógeno”, dice Jeffrey Hangst de la Universidad de Aarhus en Dinamarca y la colaboración ALPHA en el CERN. En 2002, la colaboración ATHENA en el CERN, predecesora de ALPHA, creó aproximadamente cien átomoss de anti-hidrógeno por segundo uniendo anti-protones y positrones en una trampa de campos magnéticos y eléctricos[1]. La trampa sólo podía mantener partículas cargadas, por lo que los átomos de anti-hidrógeno neutro escapaban tan pronto como se formaban. Para atrapar el anti-hidrógeno en una trampa de átomos neutros y medir sus propiedades, los investigadores tuvieron que enfriarlos hasta la mitad de un kelvin.

Esto requiere de unos anti-protones extremadamente fríos, que son responsables de la mayor parte de la energía térmica del anti-hidrógeno. Técnicas anteriores enfriaron anti-protones con electrones fríos, pero la temperatura más baja lograda en anti-protones con este método era de unos 100 kelvin. Para seguir bajando, Hangst y sus colegas usaron una técnica llamada enfriamiento evaporativo, que se había usado anteriormente sólo con átomos neutros. “Es exactamente igual a como se enfría una taza de café”, dice Hangst. “En el vapor que hay sobre tu café, tienes las moléculas más calientes. Pueden escapar del mismo y llevarse energía, por lo que el café está globalmente más frío”.

Las partículas frías cargadas son especialmente sensibles a desviarse por campos magnéticos, por lo que el equipo ALPHA tuvo que diseñar componentes electrónicos que fuesen inusualmente “carentes de ruido”. También aprovecharon nuevos trucos para incrementar la densidad de su plasma de antiprotones [2], dado que las densidades de ATHENA eran demasiado bajas para el enfriamiento evaporativo.

Hangst y sus colegas pusieron unos 40 000 antiprotones a una temperatura de aproximadamente 1000 kelvin en su trampa electromagnética. Una trampa de partículas es como un tazón, y el equipo bajó lentamente uno de los lados del tazón, haciendo que tuviese menos profundidad y permitiendo que los antiprotones más calientes escaparan por el lado. Al final del experimento, sólo el 10 por ciento de los antiprotones originales permanecían allí. Pero estaban a una temperatura de apenas 9 kelvin, diez veces más fríos que los anteriores experimentos de enfriamiento de antiprotones. Estos son los antiprotones más fríos jamás medidos”, dice, y señala que algunas de las partículas están probablemente lo bastante frías para ser capaces de crear anti-hidrógeno atrapable.

Normalmente, los físicos usan lásers para enfriar los iones a temperaturas extremadamente bajas, pero sólo funciona si los iones contienen el conjunto adecuado de estados de energía. Hangst dice que el experimento ALPHA demuestra que el enfriamiento evaporativo podría funcionar con casi cualquier partícula cargada o ión – incluso moléculas – y no tiene por qué estar limitado a los átomos neutros.

El resultado es un “verdadero avance”, dice Cliff Surko de la Universidad de California en San Diego. “A largo plazo, podría ser realmente significativo para el esfuerzo global” de atrapar anti-hidrógeno.

Referencias: [1] M. Amoretti et al., “Production and Detection of Cold Antihydrogen Atoms,” Nature (London) 419, 456 (2002).

[2] G. Andresen et al., “Compression of Antiproton Clouds for Antihydrogen Trapping,” Phys. Rev. Lett. 100, 203401 (2008).

Autor: Lisa Grossman

Fecha Original: 2 de julio de 2010

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