antimateria

El haz de antiprotones incide en la placa, y cada impacto se descompone en una ráfaga de partículas cargadas. En el experimento GBAR del CERN, esta escena no se observa con un detector complejo, sino con una cámara industrial común sin lente, pegada desde fuera a la ventana de vacío.

El antiprotón es la imagen especular del protón: tiene la misma masa, pero carga negativa. Al entrar en contacto con la materia, normalmente se aniquila al instante: desaparece liberando energía al chocar con el núcleo de un átomo.

El antiprotón es la imagen especular del protón: tiene la misma masa, pero carga negativa. Al entrar en contacto con la materia, normalmente se aniquila al instante: desaparece liberando energía al chocar con el núcleo de un átomo.

En los primeros instantes tras el Big Bang, la materia y la antimateria deberían haber nacido en cantidades iguales. Pero hoy, a nuestro alrededor, hay materia ordinaria, mientras que la antimateria casi no se encuentra. ¿Dónde fue a parar?

En los primeros instantes tras el Big Bang, la materia y la antimateria deberían haber nacido en cantidades iguales. Pero hoy, a nuestro alrededor, hay materia ordinaria, mientras que la antimateria casi no se encuentra. ¿Dónde fue a parar?

En los primeros instantes después del Big Bang, la materia y la antimateria estaban casi en proporciones iguales. Pero algo rompió el equilibrio y, al final, solo quedó un diminuto exceso de partículas ordinarias: precisamente ese del que están hechas las estrellas, los planetas y nosotros mismos.

La materia oscura es el andamiaje invisible del universo. Sabemos que existe, lo deducimos por el movimiento de las estrellas y las galaxias, pero de qué está hecho ese andamiaje, aún no se sabe. Una de las hipótesis son las partículas ultraligeras, similares a los axiones.

En los primeros instantes después del Big Bang, el universo era una 'sopa' ardiente de partículas. A medida que se enfriaba, se producían transiciones de fase, como cuando el agua se convierte en hielo. En uno de esos momentos pudieron nacer los monopolos magnéticos de la materia oscura: diminutos grumos de campo con un solo polo magnético.

El enigma de la antimateria en el cosmos ha quitado el sueño a los astrofísicos: ¿de dónde vienen los positrones que se posan como copos de nieve en los detectores? La respuesta podría esconderse en el ubicuo fondo de rayos gamma. El Universo está empapado de luz difusa: el fondo fotónico cósmico (CPB).

Imagine un rayo verde que, al atravesar un ingenioso montaje óptico, se enrosca en un embudo tridimensional de luz: un vórtice óptico. En su corazón, como en el ojo de un huracán, la intensidad cae a cero. Justo allí los fotones desaparecen.

Cada aniquilación de un positrón se asemeja al nacimiento de una pareja de bailarines, unidos por un hilo invisible de polarización. Dos rayos gamma se separan, pero sus estados permanecen entrelazados: medir uno determina instantáneamente al otro, como si la pareja sintiera cada movimiento sin importar la distancia.

La materia oscura es el arquitecto invisible del Universo, que evita que las galaxias se dispersen. Gracias a Fritz Zwicky y Vera Rubin sabemos que la materia ordinaria en el cosmos es solo una ínfima impureza. Pero, ¿qué se esconde detrás de esta materia oscura?

Las ondas gravitacionales de la fusión de agujeros negros suenan como acordes graves, los púlsares marcan el ritmo y la radiación cósmica de fondo nos trae ecos del Big Bang. Pero hay un intérprete silencioso: la materia oscura, cuya presencia solo se revela por sus efectos gravitacionales.

Las perovskitas híbridas son las estrellas emergentes de la fotovoltaica: su eficiencia crece tan rápido que parece que estamos al borde de una revolución solar. Pero estos materiales, como intrincados mosaicos de átomos, son extremadamente vulnerables: la humedad, el calor y la luz los convierten rápidamente en polvo.

Una cucharadita de materia de una estrella de neutrones pesa como una montaña. Pero esta montaña podría tener un gemelo invisible. En el interior de una estrella de neutrones, la materia ordinaria está comprimida a densidades inimaginables. Allí, los protones y neutrones pueden disolverse en una sopa de quarks.

El caldo ardiente del Universo temprano se enfrió de manera desigual. En algún momento, comenzaron a formarse burbujas de una nueva fase, como burbujas de vapor en agua hirviendo. Pero estas burbujas no eran de vapor, sino de un nuevo estado de la materia en el que las partículas del sector oscuro se agrupaban en grumos más grandes. Así pudo nacer la materia oscura.

Dos cuerdas de guitarra tensadas en el mismo mástil. Son casi idénticas, pero una es un poco más corta, y suenan distinto. Así son aproximadamente los dos isómeros de la etanimina: moléculas con el mismo conjunto de átomos, pero orientadas de manera diferente en el espacio. Los astrónomos han detectado esta molécula en densas nubes cerca del centro de nuestra Galaxia.

Una piedra lanzada al agua deja círculos. Un satélite que orbita la Tierra también deja una huella, pero no en el agua, sino en las leyes de la física. Su órbita no es una línea fija: gira lentamente, como la manecilla de un reloj gigante. Parte de esa rotación se explica por la gravedad ordinaria, pero cada vez hay más indicios de que algo más está interviniendo: algo invisible y omnipresente.

En lo profundo de la tierra, en Japón, se encuentra un enorme depósito de agua ultrapura. Espera a unos visitantes muy especiales: neutrinos que llegan de explosiones de estrellas lejanas. Estos visitantes son extremadamente raros: a lo largo de los años de observación, el detector Super-Kamiokande registra solo unos pocos eventos.

La materia oscura es el esqueleto invisible que mantiene unidas a las galaxias. Ya en los años 70, Vera Rubin demostró que sin ella, las estrellas de los bordes saldrían disparadas, como un carrusel sin anclajes. Desde entonces, se cazan las partículas que componen la materia oscura.

Dos equipos tiran de una cuerda con la misma fuerza en direcciones opuestas: la cuerda no se mueve, la fuerza total es cero. Así se comportan muchos antiferromagnetos: los momentos magnéticos de los átomos están alineados en direcciones opuestas y se cancelan mutuamente.

En una habitación oscura, una cuenta de vidrio del tamaño de una mota de polvo cuelga de un rayo láser. Debajo hay dos espejos: uno de aluminio y otro de plata. Si cerca pasan axiones —ligeras partículas invisibles que podrían constituir la misteriosa materia oscura—, estos intercambian axiones con los átomos de los espejos y la cuenta se desplaza ligeramente.

En los primeros instantes tras el Big Bang, la materia y la antimateria deberían haber nacido en igual cantidad. Pero hoy solo vemos materia: estrellas, planetas, nosotros mismos. ¿Dónde quedó la antimateria? Una de las pistas se esconde en partículas casi imperceptibles: los neutrinos diestros.

Un enorme depósito de agua ultrapura está escondido en las profundidades de Japón. Sus paredes están cubiertas de miles de lámparas sensibles a la luz que captan débiles destellos: las huellas de partículas fantasma que atraviesan la columna de agua. Este detector, Super-Kamiokande, ha estado observando el cielo durante mucho tiempo en busca del eco de neutrinos de antiguas explosiones estelares.

Después de que Paul Dirac predijera teóricamente la antimateria, los físicos buscan las más mínimas diferencias entre partículas y sus antipartículas.

La materia oscura es invisible, pero su gravedad gobierna el movimiento de las galaxias. De qué está hecha es un misterio. Una idea: son partículas ultraligeras, parecidas a los axiones.

Un intérprete que, a mitad de camino por la sala, de repente empieza a transmitir el mensaje al revés. Algo así podría hacer un neutrino —esa partícula fantasma que apenas interactúa con la materia— si en su camino se encuentra con una nube de materia oscura ultraligera.

Una pizca de sal cae al agua y los iones de sodio y cloro se separan, rodeados de moléculas de agua. Ahora, en lugar de un ion, en la compañía molecular entra un positrón: la antipartícula, gemela del electrón, pero con un más en lugar de un menos.

El enigma de la antimateria perdida ha intrigado a la física desde mediados del siglo XX. Se supone que el Big Bang debería haber creado cantidades iguales de materia y antimateria, pero el mundo actual es casi completamente material.

La colisión de partículas a gran velocidad produce una lluvia de nuevas partículas. Entre ellas se encuentran los antiprotones, gemelos de los protones ordinarios, pero con carga opuesta. Cada una de estas partículas tiene su propia rotación, como una pelota de tenis lanzada con efecto. Pero si los antiprotones nacen con espín, nadie lo ha comprobado hasta ahora.

Cada segundo, en nuestros cuerpos ocurren miles de millones de desintegraciones, pero nadie lo nota. Sin embargo, los físicos sí lo notan: hacen chocar partículas en aceleradores y observan en qué fragmentos se dispersan. En esos fragmentos se esconde la respuesta a por qué existimos.

Justo después del Big Bang el Universo era como una sopa burbujeante: del vacío emergían y se hundían pares de partículas y antipartículas. Pero la brusca expansión — época descrita por Alan Guth y Andrei Linde — selló esa olla con una tapa.

El tritio radiactivo se desintegra y expulsa un electrón. Su energía es casi siempre la misma, pero a veces es un poquito menor. Ese 'déficit' podría significar que, junto con el neutrino ordinario, nació otra partícula oculta. El modelo estándar describe tres tipos de neutrinos, pero los científicos sospechan que hay un cuarto: el estéril.

El Universo no nació solo: con él surgió un gemelo especular donde todo está al revés: derecha e izquierda intercambiadas, y el tiempo fluye del futuro al pasado.

En el CERN, en la fábrica de antimateria, los antiprotones nacen con una energía comparable a la de una bala de rifle. No se pueden simplemente meter en una caja: desaparecen al instante al tocar materia ordinaria. Por eso los físicos han ideado atraparlos en trampas electromagnéticas: jaulas invisibles hechas de campos.

En el detector ATLAS del Gran Colisionador de Hadrones, los protones chocan con una energía enorme y, entre los escombros, a veces nace un bosón de Higgs: la partícula que da masa a otras partículas.

Un único antiprotón, atrapado y enfriado casi hasta el cero absoluto, se comporta como un diapasón al que hay que golpear con mucha precisión para escuchar un sonido puro. Captar ese «sonido» directamente es casi imposible: la señal es demasiado débil.

El antiprotón es el gemelo del protón, solo que con carga negativa. Cuando ese gemelo se acerca a un núcleo, no solo rebota: entre ellos se desata una danza de atracción y repulsión. Los físicos del CERN han aprendido a calcular esa danza para los núcleos más ligeros: deuterio (protón más neutrón), tritio y helio-3.

En un acelerador de partículas, la anti-lambda es un invitado raro. Nace en pleno vuelo, vive una fracción diminuta de segundo y normalmente se desintegra por sí sola. Pero a veces alcanza a chocar con un protón ordinario, y entonces nace todo un haz de partículas ligeras: kaones, piones.

El sodio es vecino del litio en la tabla periódica, pero en la corteza terrestre hay cientos de veces más y es mucho más barato. Por eso, las baterías de sodio podrían reemplazar a las de litio en vehículos eléctricos y acumuladores de energía. El problema es que el sodio es más grande que el litio y le cuesta más abrirse paso a través de la red cristalina del cátodo.