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Ginebra, Suiza, 11 de abril de 2018. En realidad, el universo que conocemos no debería existir. La materia que lo conforma está compuesta por partículas como los protones o electrones. Pero también hay partículas de carga opuesta, como los antiprotones o positrones, que forman la antimateria. Y cuando materia y antimateria entran en contacto se aniquilan dejando un estallido de energía.
Durante el Big Bang debería haberse creado la misma cantidad de materia que de antimateria. Sin embargo, la existencia de los planetas o del ser humano son una prueba de que en el universo hay más de la primera que de la segunda.
Pero, ¿por qué? Eso intentan averiguar varios equipos de científicos con ayuda del desacelerador de antiprotones (AD, por sus siglas en inglés) de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN), en Ginebra.
“Todas las teorías que tenemos sobre creación del universo dicen que tiene que haber una diferencia realmente mínima entre materia y antimateria, una especificidad interna que hace que esa reacción (de aniquilación) no sea perfecta”, explica el francés Bertrand Lefort, ingeniero de antimateria en el desacelerador de antiprotones.
“Puede ser una diferencia de masa, entre la estructura fina… Cada año tenemos resultados más precisos, pero no se ha visto nada”, añade.
A la búsqueda de esa mínima diferencia están abocados varios experimentos que trabajan en colaboración con el CERN, como ALPHA. Este equipo publicó recientemente en Nature la medida más precisa de antimateria registrada hasta ahora, gracias al análisis de unos 15 mil antiátomos de hidrógeno.
La materia prima de los experimentos ALPHA, ASACUSA o BASE son precisamente los antiprotones de hidrógeno que genera el desacelerador de antiprotones (AD).
La producción de esos antiprotones comienza a partir de una pequeña botella de hidrógeno, un elemento muy sencillo ya que sólo consta de un protón y un electrón. En un primer acelerador se acumulan protones de hidrógeno, que después pasan por otro que los empaqueta y los envía al AD. Esos dos primeros aceleradores también trabajan para el aparato más famoso del CERN: el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), con el que se comprobó la existencia del bosón de Higgs.
Ya en el AD, se hace chocar los protones contra metales pesados para producir los deseados antiprotones. Y a partir de ahí, comienza un proceso inverso al anterior: una desaceleración necesaria para poder atrapar las antipartículas y estudiar sus propiedades.
“Al principio se necesita energía más elevada para producir un antiprotón, pero luego hay que quitar esa energía para poder estudiarlo”, explica Lefort. “Se trata de bloquear los antiprotones entre dos electrodos e intentar medirlos, pesarlos, dispararlos con un láser para ver estructuras finas de la materia y sobre todo recombinarlos” para producir átomos de antihidrógeno.
Ese proceso de desaceleración se lleva a cabo en una estructura circular de 188 metros, mucho más pequeña que los 27 kilómetros del famoso LHC. Para lograrlo se emplea una cámara de vacío por la que pasa el haz de partículas, una serie de imanes, campos eléctricos que ralentizan los antiprotones y un sistema de enfriamiento.
El AD desacelera las antipartículas hasta los 5,3 megaelectronvoltios (MeV), pero esa energía todavía es demasiado elevada para poder realizar experimentos. Actualmente, al final del proceso se estrellan los antiprotones contra una especie de papel de aluminio: la mayor parte de las partículas se queda ahí, pero las que sobreviven tienen una energía suficientemente baja como para experimentar con ellas.
Para evitar ese último paso se está trabajando en un nuevo desacelerador más pequeño, en el que se hará una segunda ralentización. De esa forma se conseguirá también multiplicar la cantidad de antiprotones rescatables para los experimentos. Ahora mismo el AD los suministra cada dos minutos, pero teniendo en cuenta que hay que repetir los experimentos miles de veces, no es suficiente.
Tampoco lo es para una de las posibles aplicaciones de la antimateria: su uso como fuente de energía, algo fuera del alcance de la técnica actual.
“La mejor fuente de energía que estaría disponible para los humanos es la antimateria”, señala Lefort, que antes de llegar al CERN trabajó 12 años en el Gran Telescopio de Canarias. “Mezclas materia y antimateria, se produce energía por la reacción (la aniquilación) y nada de residuos. No hay productos secundarios, no hay contaminación”.
“La NASA vino hace 20 años al CERN para preguntar si podíamos hacer un gramo de antimateria, que daría suficiente energía para mandar a un cohete fuera del Sistema Solar. Pero nosotros hacemos un nanogramo por año. Les dijimos que volvieran en mil millones de años”, bromea el ingeniero francés.
Los antiprotones también podrían servir para tratar el cáncer. En la actualidad ya se hace con protones pero el tratamiento podría ser más eficiente con antiprotones, aunque todavía se está estudiando y, de nuevo, sería necesario aumentar la producción de antimateria.
Pero más allá de estas aplicaciones prácticas, el principal objetivo de las distintas universidades e instituciones que trabajan con el AD es averiguar cuál es la diferencia entre la materia y la antimateria.
“El día que en este edificio alguien encuentre la mínima diferencia, cae un Premio Nobel”, afirma Lefort. “Puede convalidar todas las teorías actuales del nacimiento del universo. Para el gran público no sería un cambio radical, pero para la ciencia sería increíble poder decir que todo lo que hemos escrito hasta ahora es cierto”.
