La antimateria rebota en la materia

El resultado es sorprendente incluso para la mayoría de físicos pero se explica mediante algunos principios que aparecen en libros de texto básicos.

Como saben los aficionados a la ciencia-ficción y las novelas de Dan Brown, el encuentro entre materia y antimateria está acompañada de una destructiva liberación de energía y la muerte de ambas partículas. No obstante, en el ejemplar de agosto de Physical Review A, un equipo de investigadores italianos informa que una buena fracción de un chorro antimateria de baja energía dirigido contra un muro de material normal rebotaba. El resultado, basado en un nuevo análisis de datos de 12 años de antigüedad, es sorprendente incluso para la mayoría de físicos pero se explica mediante algunos principios que aparecen en libros de texto básicos.

El detector OBELIX observó aniquilaciones de materia-antimateria cuando un antiprotón se encontraba dentro de un gas. Aproximadamente un cuarto de los antiprotones que alcanzaban un muro rebotaban, de acuerdo con un nuevo análisis, gracias a su menores energía.

El grupo italiano es parte de la colaboración OBELIX, la cual tomó sus datos del CERN, el laboratorio europeo de física de partículas, desde 1990 a 1996. El experimento OBELIX se diseñó para estudiar las propiedades de los antiprotones de baja energía (movimiento lento, 1-10 kilo-electrónvoltios) y cómo se combinan con la materia normal para producir estados atómicos exóticos. Los antiprotones se dirigieron a través del eje de la configuración de OBELIX, el cual contenía en su centro un cilindro de aluminio de 75 centímetros de longitud y 25 centímetros de diámetro. El cilindro estaba lleno con una pequeña cantidad de gas de hidrógeno o helio. Cuando uno de los antiprotones se encuentra con una molécula de gas y se aniquila con uno de los protones de las moléculas, los detectores captan las nuevas partículas producidas, permitiendo al equipo observar cada evento de aniquilación en el espacio y tiempo.

Desde 2004, una extraña característica de la aniquilación había estado desconcertando a Andrea Bianconi, del Instituto Nacional de Física Nuclear de Italia (INFN) y la Universidad de Brescia, así como a otros colegas. Los eventos de aniquilación se dividían en dos grupos. El grupo principal estaba representado por los antiprotones capturados y aniquilados por las moléculas de gas conforme las partículas viajaban a lo largo del cilindro. No obstante, no pudieron encontrar explicación a un segundo grupo de aniquilaciones, las cuales ocurrían ligeramente después en el tiempo.

Ahora, Bianconi y su equipo informan que han resuelto el misterio modelando la presencia del muro final de aluminio del cilindro. Han hallado que, en lugar de aniquilarse instantáneamente cuando impactan contra el muro, aproximadamente un cuarto de los antiprotones de baja energía que impactan con el muro se reflejan y viajan de vuelta hacia el gas, donde posteriormente se aniquilan.

La clave de esta inusual reflexión es la física que podemos encontrar en los libros de texto conocida como dispersión Rutherford. Cuando una partícula cargada se dispara hacia un átomo estacionario, el núcleo cargado positivamente puede desviarla de su curso, pero sólo si la partícula se mueve relativamente lenta. Un antiprotón de movimiento rápido que impacto en una superficie sólida volaría atravesando la mayor parte de los átomos, dejando atrás sus diminutos núcleos, hasta que finalmente encontrase un núcleo en un impacto directo de aniquilación. Pero un antiprotón de movimiento lento, como los del experimento OBELIX, son frecuentemente desviados por el empuje de cada núcleo, de tal forma que rebota como en un pinball, tal vez de 50 a 100 veces en un espacio de 5 a 10 nanómetros de la superficie del muro. Finalmente, “olvida” la dirección en la que iba y tiene una buena opción de saltar hacia atrás (aunque también puede quedar aniquilado en algún lugar del muro).

Bianconi y sus colegas explican el efecto en términos de probabilidad de que un antiprotón quede cerca de un núcleo, el cual es 100 000 veces más pequeño que un átomo. “A la escala de distancia del radio nuclear, es adecuado considerar a los antiprotones como ‘partículas destructivas’”, escribe el equipo. Sin embargo, “la probabilidad de encontrarse a una distancia tan pequeña del núcleo es de varios órdenes de magnitud menores que la probabilidad de ser desviado”.

Ryugo Hayano, experto en interacciones de antimateria de baja energía en el CERN, cree que el resultado, aunque bastante sorprendente al principio, es sólido. “La gente no se da cuenta de cosas tan obvias hasta que no te encuentras de verdad con el fenómeno y piensas concienzudamente sobre él”, dice.

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Autor: Michelangelo D’Agostino
Fecha Original: 11 de agosto de 2008
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Vía: Ciencia Kanija