Unas ayudas innovadoras del núcleo de antimateria en la investigación de la materia oscura
Un grupo de investigación internacional ha descubierto el núcleo atómico de antimateria más pesado jamás registrado en un experimento. Este hallazgo podría iluminar la búsqueda de la materia oscura, cuya existencia se predice pero sigue sin probarse.
La antimateria ha desconcertado a los científicos durante mucho tiempo. Se teoriza que cantidades iguales de antimateria y "materia regular" se crearon durante el Big Bang. Sin embargo, la antimateria apenas existe en el universo actual. Un equipo de la colaboración STAR está tratando de desentrañar este misterio mediante experimentos utilizando el acelerador de partículas del Laboratorio Nacional de Brookhaven en Estados Unidos. En estos experimentos, han descubierto ahora el núcleo atómico de antimateria más pesado hasta la fecha, como se detalla en un estudio publicado en "Nature". Los autores principales del estudio proceden del Instituto de Física Moderna (IMP) de la Academia China de Ciencias.
Creando condiciones similares al Big Bang
Cuando los núcleos atómicos de oro colisionan casi a la velocidad de la luz dentro de un acelerador de partículas, se recrean las mismas temperaturas y presiones extremas presentes en el universo momentos después del Big Bang. Durante cada colisión, se producen miles de nuevas partículas de materia y antimateria.
Aunque la materia y la antimateria comparten los mismos componentes fundamentales, las partículas poseen cargas eléctricas opuestas. Por ejemplo, los electrones son negativamente cargados, mientras que sus antipartículas, los positrones, son positivamente cargados.
Miles de millones de colisiones, centenares de descubrimientos
El equipo de la colaboración STAR explicó que dispararon alrededor de seis mil millones de núcleos atómicos de oro para su experimento, según "Mundo de la Física". A medida que las partículas atravesaban un gas en un campo magnético,留下了可偵測的痕跡，厚度各不相同，如"The Conversation"所述。這些痕跡在磁場中彎曲， materia y antimateria reaccionaban de manera diferente: la antimateria se movía en una dirección, mientras que la materia se movía en la opuesta.
El nuevo núcleo descubierto recibió el nombre de antihipertritio-4. Está compuesto por un antiprotón, dos antineutrones y un antihiperón, similar a un núcleo atómico típico con tres neutrones, pero con uno reemplazado por un hiperón, lo que lo hace más pesado. Lo mismo ocurre con la antimateria, lo que resulta en el núcleo más pesado y extraño descubierto hasta la fecha.
Dado que las condiciones raras necesarias para que las antipartículas se fusionen en antihipertritio-4, los investigadores encontraron solo 16 de estos núcleos atómicos.
Los investigadores también estudiaron la vida útil de antihipertritio-4 en comparación con hipertritio-4, su contraparte de "materia normal". No encontraron ninguna diferencia.
Este resultado respalda los modelos físicos establecidos, que estipulan que las partículas de materia y antimateria se aniquilan entre sí, dejando atrás radiación, cuando colisionan. Sin embargo, este hallazgo no explica el origen de la "asimetría". Según estos modelos, la materia y la antimateria deberían haberse aniquilado completamente después del Big Bang.
Datos para la investigación de la materia oscura
Sin embargo, el descubrimiento de la colaboración STAR puede ayudar a resolver un enigma aún mayor: el misterio de la materia oscura. Su existencia solo se infiere a partir de su impacto en los movimientos de las estrellas y las galaxias. Por ejemplo, la densidad de masa en el centro de las galaxias en espiral es más alta cerca de los bordes. Dada esta densidad, las velocidades orbitales de las estrellas deberían disminuir hacia los bordes, pero no lo hacen. Esto sugiere una materia invisible responsable de estas disparidades.
Se estima que más del 80% de la masa total del universo está compuesta por materia oscura. A pesar de su papel significativo en dar forma a nuestro universo, su composición sigue siendo desconocida.
Los experimentos a bordo de la Estación Espacial Internacional (ISS), como el espectrómetro magnético alfa (AMS), buscan iluminar la materia oscura. El AMS busca partículas de alta energía del espacio exterior utilizando un fuerte imán para curvar sus trayectorias. Al igual que en un acelerador de partículas, las partículas de materia y antimateria se mueven en direcciones opuestas.
El AMS está particularmente interesado en el antihelio, que algunas teorías proposal que se produce cuando las partículas de materia oscura colisionan. La misma reacción puede ocurrir cuando la radiación cósmica de alta energía interactúa con la materia.
Para diferenciar entre las fuentes cósmicas y terrestres de antihelio, un experimento en el centro de investigación de CERN utilizando el acelerador de partículas ya ha proporcionado datos valiosos. Al colisionar protones (componentes principales de la radiación cósmica) y átomos de plomo a alta velocidad, determinaron la probabilidad de crear núcleos de antihelio-3, lo que les permitió distinguir entre estas posibles fuentes de antihelio y rastrearlas hasta sus posibles regiones de origen.
La colaboración STAR, utilizando el acelerador de partículas del Laboratorio Nacional de Brookhaven, ha llevado a cabo experimentos que implican colisiones de núcleos atómicos de oro. Estos experimentos implican aceleradores de partículas y otros aparatos, recreando condiciones similares al Big Bang y produciendo un gran número de partículas de materia y antimateria.
El núcleo atómico de antimateria más pesado descubierto en el estudio, antihipertritio-4, se creó a partir de estas colisiones. El acelerador de partículas y el aparato asociado desempeñaron un papel crucial en la creación de las temperaturas y presiones extremas necesarias para la formación de este núcleo raro.
