El Big Bang produjo cantidades iguales de materia y antimateria que deberían haberse aniquilado mutuamente dejando atrás un universo vacío. Sin embargo, la materia sobrevivió y domina el universo mientras que la antimateria desapareció. Se cree que alguna diferencia desconocida en las propiedades básicas entre partículas y antipartículas correspondientes puede ser responsable de esto. Las mediciones de alta precisión de las propiedades fundamentales de los antiprotones tienen el potencial de enriquecer la comprensión de la asimetría materia-antimateria. Requiere el suministro de antiprotones. Actualmente, el Desacelerador de Antiprotones (AD) del CERN es la única instalación donde se producen y almacenan antiprotones. No es posible realizar estudios de alta precisión de antiprotones cerca del AD debido a las fluctuaciones del campo magnético generadas por los aceleradores. Por lo tanto, el transporte de antiprotones desde esta instalación a otros laboratorios es un imperativo. En la actualidad, no existe una tecnología adecuada para hacerlo. BASE-STEP es un paso adelante en esta dirección. Es un dispositivo relativamente compacto diseñado para almacenar y transportar antiprotones desde las instalaciones del CERN a laboratorios en otras ubicaciones para estudios de alta precisión de la antimateria. El 24 de octubre de 2024, BASE-STEP realizó una demostración tecnológica exitosa utilizando protones atrapados como sustitutos de los antiprotones. Transportó una nube de 70 protones localmente en un camión. Este fue el primer caso de transporte de partículas sueltas en una trampa reutilizable y un paso importante hacia la creación de un servicio de entrega de antiprotones a experimentos en otros laboratorios. Con algunas mejoras en los procedimientos, se planea transportar antiprotones en 2025.
Al principio, el Big Bang produjo cantidades iguales de materia y antimateria. Ambas son idénticas en propiedades, sólo que tienen cargas opuestas y sus momentos magnéticos están invertidos.
La materia y la antimateria deberían haberse aniquilado rápidamente dejando atrás un universo vacío, pero eso no sucedió. El universo ahora está totalmente dominado por la materia mientras que la antimateria desapareció. Se cree que existe alguna diferencia desconocida entre las partículas fundamentales y sus antipartículas correspondientes que puede haber llevado a la supervivencia de la materia mientras que la antimateria fue eliminada, lo que provocó la asimetría materia-antimateria.
Según la simetría CPT (carga, paridad e inversión de tiempo), que forma parte del modelo estándar de física de partículas, las propiedades básicas de las partículas deberían ser iguales y parcialmente opuestas a las de sus antipartículas correspondientes. Las mediciones experimentales de alta precisión de las diferencias en las propiedades básicas (como masas, cargas, tiempos de vida o momentos magnéticos) de las partículas y sus antipartículas correspondientes pueden ser de ayuda para comprender la asimetría materia-antimateria. Este es el contexto de CERN, barión Experimento de simetría antibariónica (BASE).
El experimento BASE ha sido diseñado para investigar la simetría protón-antiprotón mediante la realización de mediciones de alta precisión de propiedades (como el momento magnético intrínseco) de los antiprotones con una precisión fraccionaria del orden de partes por mil millones. El siguiente paso es la comparación de estas mediciones con los valores correspondientes para los protones. Para el momento magnético intrínseco, todo el proceso se basa en mediciones de la frecuencia de Larmor y la frecuencia del ciclotrón.
En la actualidad, el Desacelerador de Antiprotones (AD) del CERN es la única instalación en la que se producen y almacenan antiprotones de forma rutinaria. Estos antiprotones deben estudiarse aquí, en las instalaciones del CERN, pero las fluctuaciones del campo magnético generadas por el acelerador en el sitio restringen la precisión de las mediciones de las propiedades de los antiprotones. De ahí la necesidad de transportar los antiprotones producidos en el AD a laboratorios en otros lugares. Pero la antimateria no es fácil de manejar, ya que se aniquila rápidamente al entrar en contacto con la materia. En la actualidad, no existe una tecnología adecuada para transportar antiprotones a laboratorios en otros lugares para que los investigadores realicen estudios de alta precisión. BASE-STEP (Pruebas de simetría en experimentos con antiprotones portátiles) es un paso adelante en esta dirección.
BASE-STEP es un dispositivo relativamente compacto diseñado para almacenar y transportar antiprotones desde las instalaciones del CERN a laboratorios en otros lugares para realizar estudios de alta precisión sobre la antimateria. Es un subproyecto de BASE, pesa alrededor de una tonelada y es aproximadamente cinco veces más pequeño que el experimento BSE original.
El 24 de octubre de 2024, BASE-STEP realizó una demostración tecnológica exitosa utilizando protones atrapados como sustitutos de antiprotones. Transportó una nube de 70 protones localmente en un camión. Este fue el primer caso de transporte de partículas sueltas en una trampa reutilizable y un paso importante hacia la creación de un servicio de entrega de antiprotones a experimentos en otros laboratorios. Con cierto refinamiento en los procedimientos, el transporte de antiprotones está previsto para 2025.
PUMA (antiProton Unstable Matter Annihilation) es otro experimento de naturaleza similar pero que apunta a un objetivo diferente. Al igual que BASE-STEP, PUMA también implica la preparación de una trampa transportable para trasladar antiprotones desde la sala del Desacelerador de Antiprotones (AD) del CERN a su instalación ISOLDE para su uso en el estudio de fenómenos exóticos de física nuclear.
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Referencias:
- CERN. Noticias – El experimento BASE da un gran paso hacia la antimateria portátil. Publicado el 25 de octubre de 2024. Disponible en https://home.cern/news/news/experiments/base-experiment-takes-big-step-towards-portable-antimatter
- CERN. Informe técnico de diseño de BASE-STEP. https://cds.cern.ch/record/2756508/files/SPSC-TDR-007.pdf
- Smorra C., et al 2023. BASE-STEP: Un reservorio de antiprotones transportable para estudios de interacción fundamental. Rev. Sci. Instrum. 94, 113201. 16 de noviembre de 2023. DOI: https://doi.org/10.1063/5.0155492
- Aumann, T., Bartmann, W., Boine-Frankenheim, O. et al. PUMA, aniquilación de materia inestable antiprotones. euros. Física. J. A 58, 88 (2022). DOI: https://doi.org/10.1140/epja/s10050-022-00713-x
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