La antimateria es excepcionalmente difícil de estudiar porque se aniquila cuando entra en contacto con la materia ordinaria. Ahora, un equipo de físicos ha atrapado un solo positrón —la antipartícula del electrón— y lo ha mantenido suspendido durante meses, creando nuevas posibilidades para realizar experimentos de precisión.

El logro, publicado en Physical Review Letters, se basa en lo que los investigadores denominan un «ciclotrón cuántico de un solo positrón». El dispositivo está diseñado para aislar la partícula lo suficiente como para examinar uno de los supuestos centrales de la física moderna: que los electrones y los positrones deberían tener masas y momentos magnéticos idénticos, con signos opuestos.

Los positrones se producen mediante una fuente radiactiva de sodio-22 y deben enfriarse hasta aproximadamente 300 milikelvin, apenas una fracción de grado por encima del cero absoluto. Según los investigadores, esto reduce su energía en más de diez órdenes de magnitud en un periodo muy breve.

Para introducir la partícula en la trampa, el positrón se combina brevemente con un electrón para formar positronio, un átomo exótico eléctricamente neutro. Ese átomo puede atravesar una diminuta abertura de 625 micrómetros hasta una región de confinamiento, donde un intenso campo eléctrico lo ioniza y deja al positrón confinado.

El procedimiento es muy exigente: cargar un solo positrón tarda entre ocho y 11 horas. Sin embargo, una vez capturada, la partícula puede permanecer aislada durante meses, lo que permite a los científicos estudiarla en condiciones controladas.

La motivación de este trabajo está relacionada con una de las mayores preguntas sin respuesta de la física: por qué el universo contiene mucha más materia que antimateria. El Modelo Estándar sugiere que el Big Bang debería haber producido cantidades iguales de ambas. Por tanto, una diferencia entre electrones y positrones podría apuntar a una violación de la simetría esperada.

En 2023, el mismo equipo de la Universidad Northwestern midió el momento magnético del electrón, expresado mediante su factor g, con una precisión de 0,13 partes por mil millones. La comparación directa existente entre el electrón y el positrón se remonta a 1987 y determinó que eran iguales con una diferencia dentro de 2,1 partes por mil millones.

El nuevo ciclotrón pretende mejorar aproximadamente 30 veces la precisión de la medición del momento magnético del positrón. El aparato ya ha demostrado que puede capturar y mantener la partícula, pero la medición de alta precisión en sí todavía no se ha completado.

El líder de la investigación, Gerald Gabrielse, afirmó que, si se descubriera que los electrones y los positrones no son idénticos, eso representaría «el mayor descubrimiento de la física del último siglo».

Fuentes: Xataka.