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Trabajando con antihidr\u00f3geno, la contraparte de antimateria del hidr\u00f3geno, cient\u00edficos del experimento ALPHA del CERN informan esta semana en la revista Nature que han logrado medir ciertos efectos cu\u00e1nticos por primera vez en estos \u2018anti\u00e1tomos\u2019.<\/p>\n
Los efectos, relacionados con la estructura fina y una peque\u00f1a diferencia en los niveles energ\u00e9ticos del hidr\u00f3geno conocido como efecto Lamb, se sabe que se producen en la materia. Con estudios como este se intentan encontrar diferencias entre el comportamiento de la materia y la antimateria, pero todav\u00eda no se han observado.<\/p>\n
De momento, los resultados muestran que las mediciones son consistentes con las propiedades y predicciones te\u00f3ricas de los efectos en el hidr\u00f3geno \u2018normal\u2019, adem\u00e1s de servir para allanar el camino para tomar medidas cada vez m\u00e1s precisas de estos valores.<\/p>\n
\u00abEncontrar cualquier diferencia entre las dos formas de materia sacudir\u00eda los cimientos del modelo est\u00e1ndar de f\u00edsica de part\u00edculas, y estas nuevas mediciones exploran aspectos de la interacci\u00f3n de la antimateria, como el efecto Lamb, que siempre hemos querido abordar\u00bb, dice el investigador Jeffrey Hangst, portavoz del experimento ALPHA.<\/p>\n
\u201cLo siguiente en nuestra lista ser\u00e1 enfriar grandes muestras de antihidr\u00f3geno usando t\u00e9cnicas de enfriamiento l\u00e1ser de \u00faltima generaci\u00f3n \u2013adelanta\u2013. Estos m\u00e9todos transformar\u00e1n los estudios de antimateria y permitir\u00e1n realizar comparaciones de alta precisi\u00f3n sin precedentes entre la materia y la antimateria\u00bb.<\/p>\n
El equipo de ALPHA crea los \u00e1tomos de antihidr\u00f3geno uniendo antiprotones entregados por el desacelerador antiprot\u00f3n del CERN con antielectrones, m\u00e1s com\u00fanmente llamados positrones.<\/p>\n
Los antihidr\u00f3genos se confinan luego en una trampa magn\u00e9tica con ultravac\u00edo, lo que les impide entrar en contacto con la materia y aniquilarse. Despu\u00e9s se proyecta luz l\u00e1ser sobre estos \u00e1tomos de antimateria atrapados para medir su respuesta espectral.<\/p>\n
Con esta t\u00e9cnica se midi\u00f3 la estructura fina y el efecto Lamb (en ingl\u00e9s, Lamb shift), que corresponden a peque\u00f1as divisiones en ciertos niveles de energ\u00eda del \u00e1tomo. En este caso, se han registrado por primera vez en \u00e1tomos de antihidr\u00f3geno, donde los investigadores ya hab\u00edan analizado otros efecto cu\u00e1nticos, como la llamada transici\u00f3n Lyman-alfa.<\/p>\n
La estructura fina se midi\u00f3 en hidr\u00f3geno at\u00f3mico hace m\u00e1s de un siglo, y sent\u00f3 las bases para introducir na constante fundamental de la naturaleza que describe la fuerza de la interacci\u00f3n electromagn\u00e9tica entre part\u00edculas elementales cargadas.<\/p>\n
Por su parte, el efecto Lamb fue descubierto en este mismo \u00e1tomo, el m\u00e1s sencillo de todos, hace unos 70 a\u00f1os. Supuso un elemento clave en el desarrollo de la electrodin\u00e1mica cu\u00e1ntica, la teor\u00eda sobre c\u00f3mo interact\u00faan la materia y la luz.<\/p>\n
La medici\u00f3n del Lamb shift, que le vali\u00f3 a Willis Lamb el Premio Nobel de F\u00edsica en 1955, se dio a conocer en 1947 en la famosa conferencia de Shelter Island, el primer encuentro importante de la comunidad de f\u00edsicos de EE UU tras la Segunda Guerra Mundial.<\/p>\n
No es f\u00e1cil entender los detalles de la estructura fina y el efecto Lamb sin ser un experto en f\u00edsica de part\u00edculas. Los dos conceptos son peque\u00f1as divisiones en ciertos niveles de energ\u00eda (o l\u00edneas espectrales) de un \u00e1tomo, que pueden estudiarse con espectroscop\u00eda. La divisi\u00f3n de estructura fina del segundo nivel de energ\u00eda del hidr\u00f3geno es una separaci\u00f3n entre los llamados niveles 2P3\/2 y 2P1\/2 en ausencia de un campo magn\u00e9tico. Es causada por la interacci\u00f3n entre la velocidad del electr\u00f3n del \u00e1tomo y su rotaci\u00f3n (cu\u00e1ntica) intr\u00ednseca. El Lamb shift ‘cl\u00e1sico’ es la divisi\u00f3n entre los niveles 2S1\/2 y 2P1\/2, tambi\u00e9n en ausencia de un campo magn\u00e9tico. Es el resultado del efecto en el electr\u00f3n de las fluctuaciones cu\u00e1nticas asociadas con los fotones virtuales que aparecen y desaparecen en el vac\u00edo.<\/p>\n
En su nuevo estudio, el equipo de ALPHA determin\u00f3 la divisi\u00f3n de estructura fina y el efecto Lamb al inducir y estudiar las transiciones entre el nivel de energ\u00eda m\u00e1s bajo de antihidr\u00f3geno y los niveles de 2P3\/2 y 2P1\/2 en presencia de un campo magn\u00e9tico de un tesla (unidad de inducci\u00f3n magn\u00e9tica). Utilizando el valor de la frecuencia de una transici\u00f3n que hab\u00edan medido previamente, la transici\u00f3n 1S \u2013 2S, y suponiendo que ciertas interacciones cu\u00e1nticas eran v\u00e1lidas para el antihidr\u00f3geno, los investigadores dedujeron de sus resultados los valores de la divisi\u00f3n de estructura fina y el cambio de Lamb. Descubrieron que los valores inferidos son consistentes con las predicciones te\u00f3ricas de las divisiones en hidr\u00f3geno ‘normal’, dentro de la incertidumbre experimental del 2% para la divisi\u00f3n de estructura fina y del 11% para el desplazamiento de Lamb.<\/p>\n
Fuente Sinc<\/p>\n
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