El sistema de trampa transportable BASE-STEP
Marina Cavazza, Chetna Krishna/CERN
Ubicado en el corazón de la fábrica de antimateria del CERN, rodeado de campos magnéticos intensamente poderosos y dentro de un vacío más escaso que el espacio interestelar, se encuentra uno de los materiales más sensibles de la Tierra. Dentro de una caja del tamaño de un archivador, que pesa unos cientos de kilogramos menos que un Ford Focus, hay un puñado de antiprotones que han permanecido durante semanas en extraordinaria quietud. La mayoría de las demás partículas producidas en este edificio podrían esperar ser sondeadas y estimuladas, pero estos antiprotones sólo tienen una función: quedarse quietos y esperar su llegada.
Estas aproximadamente cien partículas de antimateria pronto serán transportadas en la parte trasera de un camión a lo largo de un circuito de 4 kilómetros alrededor del campus del CERN, lo que será la primera demostración de un futuro servicio de entrega de antimateria que algún día transportará antimateria a laboratorios de toda Europa.
He venido al campus del CERN, cerca de Ginebra, Suiza, para ver el experimento, llamado Pruebas de simetría en experimentos con antiprotones portátiles (STEP), en sus preparativos finales antes del gran día, mientras el líder del proyecto Christian Smorra me muestra las instalaciones. “Es innovador para la ciencia de la antimateria”, dice. “La idea de transportar antiprotones existía, en principio, desde el momento en que se puso en marcha esta instalación, y ahora es la primera vez que es posible hacerlo”.
Sabemos desde la década de 1920 que muchas partículas tienen una contraparte casi idéntica, salvo por una carga opuesta, llamada antimateria. Pero fue necesario casi medio siglo para que los científicos pudieran producir y almacenar la antimateria más simple (un antiprotón) en cantidades significativas debido a su propensión a aniquilarse y desaparecer cuando se encuentra con su contraparte materia, el protón abundante.
Los primeros experimentos para confinar antiprotones se llevaron a cabo en el CERN en la década de 1980, donde se produjeron rompiendo protones en objetivos metálicos. Hoy en día, la sala del Desacelerador de Antimateria del CERN, conocida como la fábrica de antimateria, es el único lugar en el mundo que puede producir millones de antiprotones a pedido y almacenarlos para su posterior estudio. Es el hogar de siete experimentos de antimateria diferentes, incluido el Experimento de simetría Baryon Antibaryon (BASE), del cual STEP forma parte.
Christian Smorra dando los toques finales
David Stock
Todos estos experimentos están probando las propiedades fundamentales de la antimateria con extrema precisión para ver cómo podría desviarse de la materia normal. Cualquier diferencia podría arrojar luz sobre por qué parecemos vivir en un universo dominado por la materia, con una ausencia casi total de antimateria.
Pero para llegar realmente a la extraordinaria precisión requerida, es necesario filtrar la radiación ruidosa que podría interferir con las mediciones, lo cual es un problema para la fábrica de antimateria. Cuando los antiprotones entran en la sala, viajan casi a la velocidad de la luz y deben frenarse mediante potentes campos magnéticos, que son imposibles de bloquear por completo.
En 2018, Smorra y su equipo se dieron cuenta de que necesitarían trasladar la antimateria de la fábrica a un lugar más tranquilo y idearon un plan de escape. “Habíamos visto el impacto de las fluctuaciones del campo magnético, por lo que estaba claro que eventualmente necesitaríamos continuar con nuestras mediciones de precisión. [elsewhere]”, dice Smorra.
Esta no fue una tarea fácil. Para contener antimateria normalmente se requieren potentes campos magnéticos producidos por imanes superconductores, que deben mantenerse casi en el cero absoluto, lo que requiere enormes cantidades de energía. Smorra y su equipo diseñaron STEP para utilizar sólo un tanque de 30 litros de helio líquido para mantener los imanes fríos, de modo que la electrónica pueda funcionar con un simple generador diésel. Sin embargo, para la próxima prueba, utilizará sólo energía de la batería.
El imán también debe diseñarse para hacer frente a las aceleraciones de arranque y parada que se producen durante la conducción, así como un sistema de vacío personalizado para garantizar que se pueda mantener la ausencia de materia regular problemática mientras los antiprotones se cargan y descargan de la trampa.
En 2024, Smorra y su equipo demostraron que STEP funciona con protones regulares conduciendo su artilugio por el campus del CERN en un camión. Ahora, Smorra y su equipo están a punto de probar algo real.
Los preparativos hasta ahora han sido relativamente sencillos. Aproximadamente una semana antes de mi llegada, alrededor de 100 antiprotones fueron frenados y entraron en el complejo sistema de vacíos y campos electromagnéticos que los retendrán.
Desde entonces, han estado sentados sin hacer nada en el centro de una maraña de cables y tuberías de helio líquido. Smorra y su equipo pueden comprobar los signos vitales de su antimateria utilizando una pequeña pantalla de osciloscopio fijada a la máquina, donde la frecuencia característica a la que vibran los antiprotones toma la forma de dos jorobas. Cariñosamente han fijado dos ojos saltones encima de cada pico.
Las señales que muestran que los antiprotones están ahí.
David Stock
En las primeras horas de la mañana del martes, una grúa levantará toda la trampa de 850 kilogramos y la colocará en la parte trasera de un camión, conducido por alguien que habrá recibido capacitación especializada para manejar los sensibles equipos del CERN, asegurándose de que no aceleren ni se detengan demasiado repentinamente.
Luego, el camión realizará un recorrido de 4 kilómetros alrededor del campus del CERN y regresará a la fábrica de antimateria donde comenzó.
Si su prueba tiene éxito, el objetivo final de Smorra y su equipo será conducir su cápsula de antimateria por carreteras más allá del CERN y entregarla a laboratorios de toda Europa. Actualmente se está construyendo una instalación de este tipo en la Universidad Heinrich Heine de Düsseldorf, en Alemania, donde se estudiará la antimateria en ausencia de casi cualquier campo magnético externo. Sin embargo, este objetivo podría tardar varios años, ya que el CERN cerrará en gran medida en julio para actualizar el Gran Colisionador de Hadrones para que funcione a potencias más altas. Esa actualización no finalizará hasta finales de 2028.
Pero una vez que el servicio de entrega de antimateria esté en funcionamiento, podrías estar conduciendo por una autopista suiza o alemana y encontrarte junto a un camión lleno de antimateria. Parecerá un camión normal, pero su contenido será todo menos normal. Esto podría parecer una propuesta preocupante, dada la tendencia de la antimateria a aniquilarse cuando se encuentra con la materia regular, pero la gente no debería tener miedo, dice Smorra.
“No hay nada peligroso en el transporte de antimateria, porque la cantidad que transportamos es muy pequeña”, afirma Smorra. “Si transportas 1.000 antiprotones y se pierde, ni siquiera lo notarás”.
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