martes, 26 de abril de 2011

Aislan la mayor partícula compleja de antimateria

Hasta 18 ejemplos de la mayor antipartícula encontrada hasta la fecha, el núcleo de antihelio-4, han sido obtenidas mediante el experimento STAR en el RHIC (Colisionador de Iones Pesados Relativista) ubicado en el Laboratorio Nacional Brookhaven del Departamento de Energía de los Estados Unidos.

"El experimento STAR es el único capaz de encontrar antihelio-4", ha declarado el portavoz del experimento STAR, Nu Xu, de la División de Ciencias Nucleares (NSD) en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley. "STAR ya tiene el récord de antipartículas masivas, conseguido el año pasado al haber identificado los anti-hypertriton, que contiene tres antipartículas constituyentes. Con cuatro antinucleones, el antihelio-4 se produce a un ritmo mil veces menor aún. Identificar los 18 ejemplos ha requerido tamizar a través de los restos de mil millones de colisiones de oro a oro".

Las colisiones de núcleos de oro energético dentro de STAR recrean brevemente las condiciones en el denso y caliente universo temprano existente sólo millonésimas de segundo después del Big Bang. Cantidades iguales de materia y antimateria que se crearon en el Big Bang deberían haberse aniquilado entre sí, pero por razones que aún no se entiende, sólo la materia común parece haber sobrevivido. Hoy en día este exceso de materia conforma todo el universo visible que conocemos.

Alrededor de cantidades iguales de materia y antimateria se producen también en los iones pesados (núcleos de oro) que se producen en las colisiones en el RHIC. Las bolas de fuego resultantes se expanden y se enfrían rápidamente, por lo que la antimateria puede evitar la aniquilación de forma suficiente como para ser detectada en la Sala de Proyección del Tiempo en el corazón del experimento STAR.

Los núcleos de los átomos de helio ordinario constan de dos protones y dos neutrones. Llamadas partículas alfa cuando se emiten en desintegraciones radioactivas, fueron identificadas en esta forma por Ernest Rutherford hace más de un siglo. El núcleo de antihelio-4 contiene dos antiprotones sujetos con dos antineutrones.

Las antipartículas más comunes son generalmente las menos masivas, porque se necesita menos energía para crearlas. Carl Anderson fue el primero en encontrar una antipartícula, el antielectrón (positrón), en los escombros de los rayos cósmicos de 1932. El antiprotón (el núcleo de antihidrógeno) y antineutrón fueron creados en el Bevatron del laboratorio de Berkeley en la década de 1950. Los núcleos de antideuteron (el 'anti-pesado del hidrógeno' compuesto de un antiprotón y un antineutrón) fueron creados en los aceleradores en Brookhaven y el CERN en la década de 1960.

Cada nucleón extra (llamados bariones) aumenta el número de partículas de barión, y en las colisiones de STAR cada aumento en el número bariónico disminuye la tasa de rendimiento en aproximadamente un millar de veces. Los núcleos de los isótopos de antihelio con sólo un neutrón (antihelio-3) han sido conseguidos en los aceleradores desde 1970. El experimento STAR produce muchas de estas antipartículas, que tienen número bariónico 3. El núcleo antihelio con el número de bariones 4, que acaba de anunciarse por STAR está basado en 16 ejemplares identificados en 2010 y dos ejemplos de un ciclo anterior, y contiene la mayoría de los nucleones de cualquier antipartícula jamás detectada.

"Es probable que el antihelio sea la antipartícula más pesada vista en un acelerador durante algún tiempo ", dice el científico colaborador de STAR Xiangming Sol. "Después del antihelio, el núcleo siguiente de antimateria estable sería el antilitio, y la tasa de producción de antilitio en un acelerador se espera que sea más de dos millones de veces menor que para el antihelio".

Maxim Naglis, de la Nuclear Science División en Berkeley, dice que "encontrar un solo ejemplo de antilitio sería un golpe de suerte, y probablemente requeriría un gran avance en tecnología de aceleradores"

Si el antihelio obtenido por los aceleradores es raro, y las antipartículas pesadas más raro aún, ¿qué pasa con la búsqueda de estas partículas en el espacio? El experimento Espectrómetro Alfa Magnético (AMS), programado para ser lanzado en una de las últimas misiones del transbordador espacial a la Estación Espacial Internacional, es un instrumento diseñado para hacer precisamente eso. Una parte principal de su misión es la búsqueda de galaxias distantes hechas de antimateria.

"Las colisiones entre los rayos cósmicos cercanos a la Tierra pueden producir partículas de antimateria, pero las probabilidades de que estas colisiones produzcan un núcleo intacto de antihelio son tan sumamente pequeñas que la búsqueda de una sola sugiere que se habría desplazado a la Tierra desde una región distante del universo dominado por la antimateria ", explica Hans Georg Ritter del laboratorio NSD de Berkeley. "La antimateria no se ve diferente de la materia ordinaria, pero encontrar un solo núcleo de antihelio sugiere que algunas de las galaxias que vemos son galaxias de antimateria".

Mientras tanto, el experimento STAR en el RHIC ha demostrado que el antihelio existe de hecho, y es probable que mantenga el récord del mundo en conseguir la mayor partícula de antimateria en el futuro previsible.

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