Los retos científicos más locos
Perforar kilómetros bajo tierra, llegar a los polos, pisar la luna… Toda la historia de la humanidad está marcada por estos desafíos de lo más locos. ¡Y no se detendrá! ciencia y vida continúa su serie sobre las misiones científicas más increíbles por venir. ¡Este mes nos encontramos con físicos que planean transportar antimateria!
Es la sustancia más cara del mundo y potencialmente la más peligrosa: la producción de 1 kg de antimateria costaría 60 billones de euros y ¡un solo gramo sería suficiente para impulsar varios despegues de Ariane 5! Pero también es el más frágil, el más mínimo contacto con la materia ordinaria hace que se aniquile instantáneamente y desaparezca en un rayo de energía pura. Esta fascinante sustancia, los científicos, por primera vez en la historia, intentarán el increíble desafío de… ¡transportarla! Dos experimentos en el CERN recibieron luz verde para capturar antipartículas, almacenarlas y luego moverlas en camiones unos cientos de metros. Las partículas en cuestión serán antiprotones de la Fábrica de Antimateria, “el único lugar en el mundo donde se producen antiprotones que se ralentizan lo suficiente como para ser manipulados y almacenados” asegura François Butin, que supervisa los dos experimentos en nombre del CERN: por un lado, el llamado Base-Step, la versión transportable de Base (Baryon Antibaryon Symmetry Experiment), por el otro, Puma (antiProton Unstable Matter Annihilation) .
En el CERN, transporte de alta tensión
© ANTOINE DAGAN
ANTIMATERIA: ANTIPROTONES ALMACENADOS A -269°C…
Los antiprotones serán producidos por el acelerador de partículas del CERN, luego desacelerados por Elena, un desacelerador hexagonal de 30,4 m de circunferencia puesto en servicio en 2018, al final del cual quedarán varados en una botella de partículas: una “trampa de bolígrafo”. “Gracias a su alta estabilidad magnética, es el mejor dispositivo que conocemos actualmente para almacenar antipartículas” , asegura Stefan Ulmer, fundador y director de la colaboración Base. ¡Este debe estar lleno de un vacío extremadamente alto, equivalente al que se encuentra en el espacio interestelar! “La única técnica que permite llegar a vacíos tan extremos es la criónica, explica François Butin. Gracias al helio líquido, el dispositivo se sumergirá a -269 °C”.
Todo esto ayuda a almacenar antimateria. Ahora solo muévete. Porque si la propia trampa mide sólo unas pocas decenas de centímetros de largo, debe estar absolutamente enclavada en el corazón del imponente imán superconductor que genera el campo magnético, al que se suman el sistema de refrigeración y las baterías que dan autonomía eléctrica. Por lo que es todo el dispositivo que debe ser movido. La trampa Base-Step contendrá unos pocos miles de antiprotones, para un peso total de alrededor de 1 t, y será transportable en furgoneta. Mientras tanto, la colaboración de Puma tiene como objetivo capturar hasta mil millones de antiprotones. “Es un desafío más técnico, explica François Butin, porque a estas densidades ya no estamos tratando con partículas que evolucionan independientemente unas de otras, sino a un verdadero plasma de antiprotones, cuya dinámica colectiva es mucho más complicada de controlar”. El dispositivo pesará entonces 10 t y deberá ser remolcado por un vehículo pesado.
>> Leer: Antimateria: ¿hacia la estela de las antiestrellas?
ENTONCES LOS ANTIPROTONES REDUCIDOS A 4.000 KM/S!
Dia d, “Los antiprotones generados se canalizarán al Antiproton Decelerator, un dispositivo insignia del CERN, en el origen de todo lo que aprendimos sobre la antimateria hace veinte años. años” , informa Alexandre Obertelli, vocero de Puma. Los antiprotones saldrán desacelerados a 32.000 km/s, luego se precipitarán hacia Elena, donde serán desacelerados a 4.000 km/s, listos para ser ingeridos por la trampa criogénica al final de la línea. Una vez lleno con su preciada carga, los operadores deberán desconectarlo manualmente de Elena, para unirlo a una grúa puente que lo transportará al camión en la entrada del edificio. “Este paso es delicado: un manejo incorrecto puede provocar la aniquilación de los antiprotones, anticipa Roberto Rinaldesi, quien supervisará el transporte. En el caso de Puma, generarían un pequeño pico en la radiación gamma potencialmente dañina para los organismos vivos”. ¡Así que toma todas las precauciones posibles! Las grúas transportarán los dos experimentos en unos veinte minutos a los vehículos dedicados, donde serán cargados y conectados a un generador. Entonces los vehículos comenzarán a moverse.
La gran incógnita serán las vibraciones del camión. “Es posible que ellos calentando indirectamente el plasma, quizás hasta el punto de provocar la aniquilación de las antipartículas en las paredes de la trampa, teme a Alexandre Obertelli. Pero las transmisiones de vibraciones entre el sistema macroscópico del vehículo en la carretera y la estructura microscópica de la trampa son demasiado complejas para calcular”. Por lo tanto, para evitar el más mínimo riesgo, el conductor solo debe conducir unos pocos kilómetros por hora. François Butin, quiere ser tranquilizador. “No debería haber un acoplamiento vibratorio entre la excitación del camión y la del plasma. De todos modos, planeamos hacer una repetición de la transporte con electrones unos días antes”. Tras un viaje de varias horas, el vehículo finalmente llegará a su destino, el Isolde (Dispositivo Separador de Isótopos en Línea), donde habrá que repetir el proceso… a la inversa. “Tendremos un mes para llevar a cabo nuestros experimentos. De hecho, esta es la vida útil estimada de nuestro plasma de mil millones de antiprotones”. cree Alexandre Obertelli. “Por nuestra parte, como solo tendremos unos pocos miles de antipartículas, su vida útil será de al menos 40 años”cree Stefan Ulmer.
Misión 1: Revelar los secretos de la antimateria
Para entender por qué el Universo está lleno de materia y no de antimateria, Base-Step rastrea las diminutas diferencias que pueden existir entre protones y antiprotones.
Misión 2: Sondear la estructura de los núcleos de átomos radiactivos
Puma usará antiprotones para bombardear núcleos muy ricos en neutrones para ver cómo encajan entre sí. Objetivo: comprender mejor las estrellas de neutrones.
>> Lea también: Cern: descubrimiento de Odderon por colaboraciones TOTEM y DØ
¿UNA ASIMETRÍA EN BENEFICIO DE LA MATERIA?
Por lo tanto, nada debe dejarse al azar. Cada paso habrá que prepararlo meticulosamente… pero ¿para qué? ¿Por qué emprender tal misión? Base, una de las colaboraciones más antiguas y famosas del CERN, lleva diez años rastreando las diminutas diferencias que pueden existir entre protones y antiprotones. “Según el modelo estándar de partículas, no hay ninguna, explica Stefan Ulmer. El antiprotón debería tener exactamente las mismas características que su contraparte, excepto que su carga eléctrica es negativa en lugar de positiva”. Sí, pero el modelo estándar de cosmología predice que durante el Big Bang, la materia y la antimateria deberían haberse producido en cantidades iguales. Deberían, por lo tanto, haber aniquilado y dejado atrás solo un Universo lleno de energía. Evidentemente, este no es el caso, ya que nuestro Universo está lleno de materia: gas, estrellas, planetas…
El objetivo básico es, por tanto, comprobar que no existe una asimetría entre protones y antiprotones que inicialmente habría inyectado una milmillonésima parte más de materia en el Universo. El pasado mes de enero, los investigadores publicaron los resultados de sus últimas investigaciones centradas en la relación carga-masa de los antiprotones. Es idéntico al de los protones dentro de… 0.000 000 000 3%. “Nuestro experimento se ha vuelto tan sensible que ya no podemos ignorar las fluctuaciones en el campo magnético generado por las máquinas instaladas en la Fábrica de Antimateria” , explica Stefan Ulmer. Es por eso que planean trasladar su experimento a otro laboratorio, a un lugar más magnético y tranquilo, un lugar que aún tienen que definir.
El problema de Puma es radicalmente diferente. “Queremos utilizar antiprotones como herramientas para probar la estructura de los núcleos de los átomos radiactivos, explica Alexandre Obertelli. ¡Será un debut histórico!”. Los físicos planean bombardear antiprotones en núcleos muy ricos en neutrones para estudiar cómo encajan espacialmente. Estos estudios pueden mejorar en gran medida nuestra comprensión de las estrellas de neutrones en la Vía Láctea. Pero hay un problema: estos núcleos de neutrones son inestables, se descomponen en una fracción de segundo. Imposible, por tanto, mantenerlos. Para llevar a cabo sus experimentos, los integrantes de Puma no tienen más remedio que transportar los antiprotones hasta la fuente donde se forjan los núcleos radiactivos, en este caso Isolda.
Con los dos experimentos casi listos, el transporte debería realizarse durante 2023. Así, los dos equipos evaluarán la viabilidad técnica y económica del transporte de antimateria, ya que la idea es que en el futuro se “democratice”. “Hoy, los investigadores que quieren manipular antiprotones deben ir al CERN, observa Alexandre Obertelli.
El objetivo sería entregarlos a universidades o laboratorios de todo el mundo y así hacer avanzar la ciencia en este campo”. Según Stefan Ulmer, la democratización del transporte de antimateria dependerá del descubrimiento de una asimetría con la materia. “Si un equipo lo revela, no solo ganará el Premio Nobel, sino que todos en el planeta se apresurarán a adquirir una muestra de antiprotones y estudiarla desde todos los ángulos”. Por otro lado, primero será necesario economizar el transporte. De momento, Base-Step estima en 2 millones de euros el desplazamiento de unos miles de antiprotones… Y luego habrá que miniaturizarlo. Quizás algún día, como las primeras computadoras rudimentarias que ocupaban una habitación entera, sea posible reducir el tamaño de las trampas de antimateria al tamaño de una simple batería eléctrica. Una batería llena del mejor combustible del Universo, ideal para futuros viajes interestelares…
“
Planeamos hacer un ensayo de transporte de electrones unos días antes. FRANÇOIS BUTIN, Ingeniero del CERN, coordinador técnico de la Fábrica de Antimateria y Puma
“
>> Lea también: La antimateria y la materia se comportarían igual bajo la gravedad
“Propensa a ataques de apatía. Evangelista de la cerveza. Café incurable. Experto en Internet”.