14/Ago/08

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La antimateria rebota en la materia

Reflexionando sobre la antimateria. El detector OBELIX descubrió aniquilación de materia-antimateria cuando un rayo de antiprotones cruzó el gas dentro de ella. Aproximadamente una cuarta parte de los antiprotones que llegaron a una pared rebotaron, de acuerdo con un nuevo análisis, gracias a su baja energía

Como saben los admiradores de la ciencia ficción y de las novelas de Dan Brown, el encuentro de la materia y la antimateria viene acompañada por una destructiva liberación de energía y por la muerte de ambas partículas. Sin embargo, en el número de agosto de Physical Review A, un equipo de investigadores italianos informa que una buena parte de un rayo de antimateria de baja energía dirigido hacia la materia normal rebotará. El resultado basado en un nuevo análisis de datos que tienen 12 años es sorprendente, incluso para la mayoría de los físicos, pero es explicado mediante algunos principios básicos.

El grupo italiano es parte de la colaboración OBELIX, que tomó los datos del CERN, el laboratorio europeo de física de partículas, desde 1990 hasta 1996. El experimento OBELIX fue diseñado para estudiar las propiedades de los antiprotones de baja energía (lento movimiento, 1-10 kilo-electron-voltio) y cómo se combinan con la materia normal para producir estados atómicos exóticos. Los antiprotones fueron dirigidos a lo largo del eje de la instalación OBELIX, que contiene en su centro un cilindro de aluminio de 75 centímetros de longitud y 25 de diámetro. El cilindro estaba lleno con una pequeña cantidad de hidrógeno o gas helio. Cuando uno de los antiprotones se encontró con una molécula del gas y se aniquiló con uno de los protones de la molécula, los detectores captaron las nuevas partículas producidas, y le permitieron al equipo determinar con precisión cada evento de aniquilación en espacio y tiempo.

Desde 2004, una extraña característica de los datos de las aniquilaciones había estado desconcertando a Andrea Bianconi, del Laboratorio Nacional de Física Nuclear de Italia (INFN), y de la Universidad de Brescia, y a algunos de sus colegas. Los eventos de aniquilación aparecían en dos grupos. El grupo principal representaba los antiprotones capturados y aniquilados por las moléculas de gas mientras las partículas se desplazaban a lo largo del cilindro. Sin embargo, no pudieron encontrar ninguna explicación al segundo grupo de aniquilaciones que ocurrían ligeramente más tarde en el tiempo.

Ahora, Bianconi y su equipo informan que han resuelto el misterio haciendo un modelo con la presencia de la pared posterior del cilindro de aluminio. Encontraron que, en lugar de aniquilarse al instante cuando golpeaban la pared, aproximadamente una cuarta parte de los antiprotones de baja energía golpeaba la pared, se reflejaba, y viajaba de regreso directo hacia el gas, donde después eran aniquilados.

La clave de esta desusada reflexión es la física de texto conocida como la dispersión Rutherford. Cuando una partícula cargada es disparada hacia un átomo estacionario, el núcleo cargado positivamente puede desviarlo de su curso, pero sólo si la partícula se mueve relativamente despacio. Un antiprotón de movimiento rápido que golpea una superficie sólida volaría justo a través de la mayoría de los átomos, más allá de sus diminutos núcleos, hasta que finalmente encontrara un núcleo en un casi directo contacto para la aniquilación. Pero un antiprotón de baja velocidad, como los del experimento OBELIX, es desviado por la atracción de cada núcleo, de modo que rebota en todas partes como un "pinball", quizás 50 a 100 veces dentro de 5 a 10 manómetros de la superficie de la pared. Al final, "olvida" la dirección hacia donde se dirigía y tiene una buena oportunidad de rebotar hacia afuera (aunque también puede aniquilarse en algún sitio de la pared).

Bianconi y sus colegas explican el efecto en términos de la probabilidad de que un antiprotón se acerque a un núcleo, que es 100.000 veces más pequeño que un átomo. "En la escala de distancia del radio nuclear, es justo considerar a los antiprotones como partículas destructivas", escribe el equipo. Sin embargo, "la probabilidad de encontrarse dentro de una distancia tan pequeña del núcleo es varios órdenes de magnitud más pequeña que la probabilidad de ser desviado".

Ryugo Hayano, un experto en interacciones de la antimateria de baja energía en CERN, piensa que el resultado, aunque sorprendente al principio, es sólido. "La gente no se da cuenta de cosas tan obvias hasta que realmente tropieza con algunos fenómenos y piensa mucho en ellos", dice.

Fuente: Focus. Aportado por Graciela Lorenzo Tillard