Un ciclotrón cuántico con un positrón prepara una prueba más precisa de la antimateria

Un positrón es la versión de antimateria del electrón: tiene la misma masa, pero su carga eléctrica es opuesta. La física actual sostiene que ambos deberían comportarse como reflejos casi perfectos. Un equipo de la Universidad Northwestern consiguió ahora mantener un único positrón aislado, frío y bajo control cuántico durante meses. El logro no ha medido todavía una diferencia entre materia y antimateria, pero construye la herramienta necesaria para buscarla con una precisión mucho mayor.

El experimento, publicado en Physical Review Letters, se parece a una jaula electromagnética extraordinariamente delicada. Los investigadores capturaron positrones que salían a gran velocidad de una fuente radiactiva, los frenaron y dejaron uno dentro de una trampa de Penning: una combinación de campos eléctricos y magnéticos que evita que la partícula toque las paredes. Eso es esencial porque, al encontrarse con materia ordinaria, un positrón se aniquilaría junto con un electrón. El sistema se enfrió hasta cerca del cero absoluto, de modo que el positrón quedó en su estado de movimiento de menor energía.

En esas condiciones, la partícula no se comporta como una bolita que gira libremente, sino que solo puede ocupar escalones discretos de energía. El equipo usó microondas para hacerla pasar de un escalón a otro y detectó cambios mínimos en su movimiento y en su espín, una propiedad cuántica asociada a su magnetismo. Esa capacidad de preparar, alterar y leer el estado de un solo positrón es lo que los autores llaman un ciclotrón cuántico de un positrón.

El objetivo siguiente es medir con este dispositivo el momento magnético del positrón, es decir, la intensidad y orientación de su respuesta a un campo magnético, y compararlo con el del electrón. La comparación pone a prueba una regla conocida como simetría CPT: si se sustituyeran todas las partículas por sus antipartículas, se mirara el sistema en un espejo y se invirtiera el sentido del tiempo, las leyes físicas deberían conservarse. Una discrepancia bien confirmada obligaría a revisar el Modelo Estándar, la teoría que describe las partículas elementales y sus interacciones.

La importancia del resultado está, por ahora, en el control experimental, no en haber encontrado una anomalía. Los autores estiman que el nuevo método podría mejorar de forma marcada la precisión de las mediciones del positrón, pero esa comparación aún debe realizarse y superar sus propias pruebas de estabilidad y reproducibilidad. Incluso si los valores terminan coincidiendo, el experimento habrá sometido una de las simetrías más básicas de la física a un examen más exigente.