Un reloj de fuente atómica pretende resolver los misterios de la antimateria

Los investigadores de la Universidad de Swansea, Joos Schoonwater y Edward Thorpe-Woods, han desarrollado una nueva fuente de cesio. Crédito: Stefan Eriksson.

Un dispositivo que produzca una fuente de átomos de cesio podría mejorar la comprensión del Universo midiendo la frecuencia de la luz absorbida por la antimateria.

Construido en el Reino Unido con el apoyo del Consejo de Investigación en Ingeniería y Ciencias Físicas (EPSRC), ahora se ha instalado en las icónicas instalaciones del CERN para respaldar el experimento pionero de antimateria del Aparato de Física Láser Antihidrógeno (ALPHA).

La Universidad de Swansea ha liderado la participación del Reino Unido en ALPHA, financiado por EPSRC. La Universidad de Aarhus de Dinamarca ha proporcionado apoyo adicional, con financiación de la Fundación Carlsberg.

La fuente de cesio ayudará a ALPHA a determinar la frecuencia de la luz absorbida por el antihidrógeno (la contraparte de la antimateria del hidrógeno) con la misma precisión que ya se ha logrado con el hidrógeno. Esto es vital para comprender el alcance de la simetría entre materia y antimateria, una gran pregunta fundamental sobre cómo funciona el Universo.

La fuente de cesio fue diseñada y construida en el Laboratorio Nacional de Física (NPL), el instituto nacional de metrología del Reino Unido en Teddington, Middlesex.

La fuente de cesio está encerrada en una caja de unos dos metros de altura. Los átomos de cesio enfriados por láser y mantenidos en una cámara de vacío se lanzan hacia un tubo controlado magnéticamente antes de volver a caer.

La radiación de microondas mide la frecuencia con la que oscilan estos átomos, hasta el decimoquinto decimal.

Esto proporcionará una referencia ultraprecisa con la que ALPHA podrá medir la interacción de los átomos de antihidrógeno con la luz láser, lo que permitirá determinar la frecuencia de la luz que absorbe el antihidrógeno.

El objetivo es alcanzar un nivel de precisión que represente mil veces más que el conocimiento actual. Se prevé que esto se logrará en los próximos años.

Una de las pocas de su tipo en el mundo, esta fuente de cesio es única por su confiabilidad y robustez, cruciales para soportar las demandas que ALPHA le impondrá.

La integración del instrumento con el experimento in situ evita que ALPHA tenga que acceder a este tipo de capacidad a través de un enlace satelital, minimizando las imprecisiones en las mediciones tomadas.

Los resultados mostrarán si, de acuerdo con la teoría convencional, el hidrógeno y el antihidrógeno tienen exactamente las mismas propiedades (aunque especulares).

Esto podría arrojar luz sobre por qué parece haber muy poca antimateria en el Universo hoy en día, aunque generalmente se sostiene que se crearon cantidades iguales de materia y antimateria en el Big Bang hace 13.800 millones de años.

El Reino Unido es un socio clave en ALPHA y la capacidad proporcionada por la fuente de cesio refuerza el estatus del Reino Unido como líder mundial en el campo de la investigación de antimateria de baja energía.

Jane Nicholson, Director Ejecutivo de la Base de Investigación de EPSRC dijo:

“Este interesante dispositivo consolidará aún más el papel del Reino Unido como nación líder en la comunidad de investigadores que estudian las propiedades de la antimateria.

"Al proporcionar una precisión superior para medir la frecuencia de la luz absorbida por la antimateria, el reloj de fuente atómica demuestra la importancia de la inversión en instalaciones de clase mundial y el papel que desempeñan en la sustentación de descubrimientos revolucionarios y es un excelente ejemplo de colaboración entre instituciones de investigación del sector público y académico. "

Profesor Stefan Erikssonde la Universidad de Swansea, que lidera el proyecto de fuente de cesio de ALPHA, dice:

“La nueva fuente de cesio es esencial para nuestro esfuerzo continuo por determinar si el hidrógeno y el antihidrógeno se comportan de la misma manera.

"Esperamos que lo que descubramos mejore la comprensión de los componentes básicos de nuestro Universo. La fuente también ayudará a ALPHA a beneficiar al Reino Unido al capacitar a investigadores que puedan aplicar sus habilidades (en instrumentación, por ejemplo) a campos de importancia nacional como las tecnologías cuánticas. que se prevé que tendrán un gran impacto en la sociedad”.