ALPHA (CERN) logra la medida más precisa de la transición 1S–2S en el antihidrógeno

Dibujo20180405 alpha cern Spectral line of antihydrogen nature s41586-018-0017-2

La medida de las propiedades del antihidrógeno y su comparación con las del hidrógeno permite estudiar la simetría CPT de la Naturaleza. El modelo estándar de las partículas fundamentales asume como hipótesis que esta simetría es exacta, luego no habrá ninguna diferencia entre el antihidrógeno y el hidrógeno. Se publica en Nature que el experimento ALPHA-2 del CERN ha medido la transición electrónica 1S a 2S en el antihidrógeno y ha verificado que coincide con la del hidrógeno hasta al menos 5 kHz (kilohercios) en unos 2,5 PHz (petahercios). Por tanto, se verifica la invariancia CPT con una precisión de dos partes por billón (2 × 10−12), unos dos órdenes de magnitud más precisa que la determinación previa; en energía corresponde a una sensibilidad de 2 × 10−20 GeV.

La medida obtenida por ALPHA-2 para la transición del antihidrógeno es fd−d = 2 466 061 103 079,4 (5,4) kHz, cuando el valor para el hidrógeno es fd−d = 2 466 061 103 080,3 (0,6) kHz. Para obtenerla se han usado unos 15 000 átomos de antihidrógeno (un positrón ligado a un antiprotón), número que hay que comparar con el billón de átomos de hidrógeno atrapados que se usan para la medida con materia. En números redondos, en ALPHA-2 se mezclan unos noventa mil antiprotones con unos tres millones de positrones para producir unos cincuenta mil átomos de antihidrógeno. En el proceso de confinado y medida se pierden muchos de ellos, por lo que tras las diez semanas de análisis solo han sido útiles quince mil. Por cierto, se espera que las mejoras en curso en las cavidades ópticas de ALPHA-2 permitan alcanzar para el próximo año una precisión de 8 × 10−13 y en futuros años una precisión comparable a las medidas para el hidrógeno.

Un espectacular resultado, a pesar de ser esperado por la mayoría de los físicos, que nos recuerda que en el CERN se hacen cosas más allá del LHC. El artículo (de acceso gratuito), para quien desee profundizar en los detalles, es M. Ahmadi, B. X. R. Alves, …, J. S. Wurtele, “Characterization of the 1S–2S transition in antihydrogen,” Nature (04 Apr 2018), doi: 10.1038/s41586-018-0017-2. Más información divulgativa en Ana Lopes, “A new era of precision for antimatter research,” CERN News, 04 Apr 2018; “First 1S-2S Line Shape Published In Nature,” Alpha Experiment CERN, 04 Apr 2018.


8 Comentarios

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planck

Como Francis ha repetido muchas veces estos experimentos de precisión son de vital importancia aunque parezca que solo sirven para confirmar lo que ya sabemos. Cualquier desviación respecto a los cálculos teóricos, por mínima que sea, puede ser un indicio de nueva Física y abrirnos la puerta hacia nuevos y fascinantes fenómenos. Ya hay muchos experimentos de precisión que podrían detectar dimensiones ocultas, desviaciones de la gravedad, efectos sutiles de gravedad cuántica, desintegración del protón, etc. La Física teórica moderna nos indica claramente que ahí afuera hay todo un Universo de nuevos y extraños fenómenos por descubrir, fenómenos que desafian totalmente la capacidad de visualización del cerebro humano y que probablemente cambiarán para siempre nuestra forma de entender el mundo que habitamos. Es seguro que nuestro Universo visible es solo una pequeña parte del Universo total, es casi seguro que la inflación existió y es altamente probable que lo que nosotros llamamos Big-Bang solo haya sido un evento “típico” dentro de algo mucho más grande. Ese evento probablemente ocurrió en “una zona” de una “inmensidad” de falso vacío que se expandía exponencialmente y que alcanzó la zona “estable” de vacío verdadero (pensar que un Universo como el nuestro con una constante cosmológica ajustada con decenas de órdenes de magnitud ha surgido “a la primera” y solo una vez además de contradecir la teoría es algo que casi viola el sentido común). Ese evento representa una singularidad en el tiempo, una “discontinuidad” que probablemente sea resuelta con la futura teoría de gravedad cuántica y que probablemente nos confirme que no fue el inicio del tiempo sino solamente el inicio de nuestro espacio-tiempo causal . Ya hay propuestas en teoría de cuerdas para evitar y resolver singularidades temporales, ya hay propuestas para tratar de explicar la naturaleza del espacio-tiempo y para resolver muchos de los grandes enigmas de la Física fundamental. ¿Podrá la física experimental encontrar algún incidio de todo esto?
Desde la perspectiva de la dualidad AdS/CFT y de las propuestas dS/CFT también hay indicios de que somos parte de algo mucho más grande, el Big-Bang podría ser solo una especie de cambio de fase en nuestra CFT dual, un cambio en el espacio de parámetros de la teoría. Por si fuera poco el principio holográfico nos está mostrando cosas que ni el mejor guionista de ciencia ficción hubiese imaginado: nuestro espacio tiempo 4D “emerge” de alguna forma de la información codificada en una CFT en 3D probablemente localizada en nuestro borde asimptótico. Ya hay muchos estudios que analizan el “diccionario” para interpretar como la información en la CFT se traduce en nuestro Universo 4D (el bulk), para interpretar el papel de la entropía de entrelazamiento, para interpretar como se almacena la información cuántica… incluso recientemente hemos descubierto la posible existencia de un “programa” cuántico de corrección de errores en la información cúantica de la CFT dual ¿Alguien puede dudar aún de lo increíble que es el Universo que habitamos? 🙂
Por supuesto (afortunadamente) aún quedan muchas cosas por descubrir y resolver, nuestro Universo casi dS con una constante cosmológica ridícula pero positiva no es nada facil de tratar en cuerdas y la dualidad AdS/CFT solo podría aplicarse dentro de sitios con curvatura negativa como el interior de los agujeros negros. ¿Hasta donde nos llevará el enorme poder de la Física y las Matemáticas? Sin duda el viaje será fascinante nos lleve donde nos lleve…
PD: Reinicio mis “parrafadas domingueras” que tenía ya un poco olvidadas esperando que Francis en su infinita paciencia sepa comprender que mi ilusión por estos temas me incita a soltar estas cuestiones bastante off-topic.

danieldaniel

Si se confirmase la hipótesis del multiverso, sería lo único con sentido común de la física moderna XD. Toda la física actual es anti-intuitiva: empezando por la relatividad especial, y siguiendo por la creación de materia a partir de fluctuaciones del vacío, el entrelazamiento cuántico, la expansión del espacio, la antimateria, la materia y energía oscuras y por supuesto “el gato”, y creo que algunas ideas más que ahora no recuerdo

planck

Es cierto Daniel, la Física del siglo XIX era intuitiva, la del siglo XX anti-intuitiva y la del siglo XXI parece ya ciencia ficción, Podemos siquiera imaginar como será la del siglo XXII? Lástima que no estaremos aquí para verlo aunque probablemente si lo verán nuestros hijos (hay estudios que indican que más de la mitad de las personas nacidas en el siglo XXI vivirán más de 100 años, por cierto, quién pagará sus pensiones? 🙂

PacoPaco

Tus comentarios siempre son interesantes de leer.
Yo desde luego, siempre los leo con muchas ganas.

planck

Se me olvidó el enlace sobre lo que comenté de “indicios de un programa de corrección cuántica de errores en el bulk (no en la CFT como dije)” por si a alguien le interesa (es un poco “durillo” en la Física y las Matemáticas): https://arxiv.org/abs/1711.07787

PelauPelau

Las monsergas domingueras are back! 🙂
Gracias, planck. Esta es la segunda vez que veo un ejemplo de “código de corrección de errores” (fuera del contexto de las ideas de Max Tegmark o de Nick Bostrom).

La primera vez fue James Gates en el 2011 Isaac Asimov Memorial Debate (a partir del instante 1:01:30) y en el 2016 Isaac Asimov Memorial Debate (ambos en YouTube). Un artículo y un paper suyo sobre el tema:

onbeing.org/blog/symbols-of-power-adinkras-and-the-nature-of-reality/

arxiv.org/abs/0806.0051

Saludos.

planck

La verdad es que el hecho de que la naturaleza pueda exhibir a nivel fundamental propiedades similares a las de ciertos algoritmos de corrección de datos cuánticos suena muy fuerte (muchos ya imaginarán cosas como que nuestro Universo es una simulación o incluso que vivimos en una especie de programa creado por inteligencias superiores o algo similar) ,sin embargo, parece que esta característica puede surgir de forma automática en cualquier teoría con simetría gauge. A pesar de esto el paper es impactante y ahonda en la profunda relación entre la teoría de la computación y la naturaleza del espacio-tiempo. ¡El espacio-tiempo esconde grandes secretos por descubrir! Gracias por el comentario. Un saludo Pelau.

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