Los experimentos GBAR y ALPHA-g del CERN son esenciales para explorar la relación entre la antimateria y la gravedad. Los científicos aspiran a emplear estos hallazgos para desarrollar una teoría cuántica de la gravedad.
La antimateria resulta fascinante no solo por su naturaleza intrínseca, sino también debido al enigmático papel que desempeñó en los albores del universo. Los científicos aún carecen de las herramientas necesarias para comprender con precisión el papel de esta forma de materia en la formación del cosmos y los mecanismos que rigen la sutil línea que separa el desequilibrio entre materia y antimateria. Afortunadamente, lo que sí conocen son sus componentes fundamentales y algunas de sus propiedades.
Comprender la antimateria no presenta grandes dificultades. Podemos concebirla como una forma exótica de materia compuesta por antipartículas, estas últimas son partículas que comparten masa y espín con sus contrapartes familiares, pero con carga eléctrica opuesta. Un ejemplo es el positrón o antielectrón, antipartícula del electrón, y el antiprotón, antipartícula del protón.
La antimateria exhibe una propiedad asombrosa: al entrar en contacto directo con la materia, ambas se aniquilan, liberando una gran cantidad de energía en forma de fotones de alta energía, así como otros posibles pares de partícula-antipartícula. Actualmente, se está investigando intensamente en muchos de los principales centros de física de partículas del mundo con la esperanza de que un mayor conocimiento de la antimateria contribuya a desentrañar algunos de los misterios cósmicos que aún nos resultan inaccesibles.
El CERN, la antimateria y la gravedad
El CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear), el laboratorio de física de partículas alojado en las inmediaciones de Ginebra y junto a la frontera entre Suiza y Francia, tiene los recursos necesarios para producir y manipular antimateria. Dos de los experimentos que ya han entregado resultados importantes a los físicos que trabajan en ellos son GBAR (Gravitational Behaviour of Antimatter at Rest) y ALPHA-g (Antihydrogen Laser Physics Apparatus-gravity).
De manera resumida, en el experimento GBAR se generan antiiones que son enfriados hasta alcanzar una temperatura cercana al cero absoluto (-273,15 ºC). Posteriormente, se les sustrae un positrón para transformarlos en un antiátomo no iónico. En cambio, en ALPHA-g, los físicos provocan la colisión de dos haces de partículas con alto nivel de energía para obtener un átomo de antihidrógeno compuesto por un antiprotón y un positrón, de manera similar a cómo el protio, el isótopo más común del hidrógeno, está formado por un protón y un electrón.
Ambos experimentos persiguen un objetivo común: contribuir al entendimiento preciso de la interacción entre la antimateria y la gravedad. Hay dos razones clave que respaldan este esfuerzo. En primer lugar, estos experimentos pueden proporcionar una comprensión más profunda de los mecanismos de esta interacción fundamental. En segundo lugar, y quizás aún más importante, este conocimiento podría allanar el camino para desarrollar una teoría cuántica de la gravedad.
Ahora mismo nos encontramos en un momento muy emocionante por un motivo de peso: los físicos que lideran el experimento ALPHA-g han publicado un artículo interesantísimo en Nature en el que explican con mucho detalle que los átomos de antihidrógeno se ven sometidos en presencia de la gravedad terrestre esencialmente a la misma aceleración que experimenta la materia ordinaria. Sus medidas quedan confinadas en una desviación estándar moderada, lo que nos invita a aceptar sus conclusiones como concluyentes.
Este resultado es muy importante debido a que este experimento es el primero que ha permitido a los físicos obtener una medida directa de la interacción entre la antimateria y la gravedad. Sin embargo, una vez más, sus conclusiones fueron predichas acertadamente por Albert Einstein hace más de un siglo en su teoría general de la relatividad.
Este físico alemán desconocía la existencia de la antimateria cuando formuló su teoría, pero, pese a ello, la relatividad general establece que la gravedad interacciona de la misma manera con todas las formas de materia. Y, como hemos visto, la antimateria es una forma de materia. Una vez más, Einstein dio en la diana, aunque no es descabellado prever que en algún momento los resultados experimentales se opongan a la relatividad general. Si llega ese momento los científicos tendrán la oportunidad de elaborar nueva física.