La colaboración internacional de investigación BASE en la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) en Ginebra, dirigida por el Prof. Dr. Stefan Ulmer de la Universidad Heinrich Heine de Düsseldorf (HHU), ha logrado un gran avance experimental en el estudio de las asimetrías materia-antimateria en el universo.
El nuevo desarrollo permite medir la masa y el momento magnético de los antiprotones con mayor precisión que nunca, lo que podría ayudar a identificar posibles diferencias entre partículas de materia y antimateria.
Desde el Big Bang, hace más de 13 mil millones de años, el Universo se ha llenado de radiación de alta energía que genera constantemente pares de partículas de materia y antimateria, como protones y antiprotones. Sin embargo, por razones desconocidas, existe un desequilibrio en el Universo, ya que prácticamente no se observa antimateria.
Esto va en contra del modelo estándar de física de partículas, y los físicos han estado tratando de expandirlo durante décadas realizando mediciones extremadamente precisas de parámetros físicos fundamentales.
La colaboración BASE (Baryon Antibaryon Symmetry Experiment) busca responder a la pregunta de si las partículas de materia y sus correspondientes partículas de antimateria tienen la misma masa y momentos magnéticos, o si existen diferencias menores. Para ello, los investigadores quieren realizar mediciones de altísima resolución de los llamados cambios de espín (transiciones cuánticas en el espín del protón) para antiprotones individuales, ultrafríos y de energía extremadamente baja.
Preparar antiprotones individuales para mediciones de una manera que proporcione los niveles requeridos de precisión es una tarea experimental que requiere mucho tiempo. La colaboración BASE pudo llevar esto un paso más allá al desarrollar una nueva trampa que permite preparar solo los antiprotones más fríos según el objetivo y utilizarlos para mediciones posteriores de giro.
Esta “doble trampa para demonios de Maxwell de enfriamiento” reduce el tiempo de enfriamiento de los antiprotones de 15 horas a 8 minutos, lo que acelera significativamente el proceso de medición y permite obtener resultados en un período de tiempo significativamente más corto.
La nueva trampa ya ha permitido a los investigadores mejorar la tasa de error de espín en más de 1.000 veces y medir que los momentos magnéticos de los protones y antiprotones difieren hasta en una parte en mil millones. En la próxima campaña de medición, los investigadores esperan mejorar la precisión del momento magnético a 10 -10 .
El profesor Ulmer también compartió sus planes para el futuro: “Queremos crear una trampa de partículas móvil que podamos usar para transportar los antiprotones obtenidos en el CERN en Ginebra a otros centros de investigación para realizar mediciones aún más precisas y ampliar nuestro conocimiento de los fundamentos. Propiedades de la materia y la antimateria.”