La violación del principio físico de la inversión temporal puede explicar la abundancia de materia frente a la práctica ausencia de antimateria en el Universo, según una nueva investigación que se publica en 'Reviews of Modern Physics'.
Los físicos creen que había cantidades iguales de materia y antimateria en la historia temprana del universo, pero entonces, se plantea una cuestión: cómo se desvaneció la antimateria.
La respuesta podría estar enraizada en la naturaleza de las fuerzas entre partículas subatómicas que no son las mismas cuando se invierte el tiempo. Los físicos teorizan que esta violación de la inversión de tiempo es el ingrediente clave necesario para desentrañar el misterio cósmico de la antimateria que falta.
Dichas fuerzas de violación de inversión de tiempo dan como resultado una propiedad en partículas llamada momento dipolo eléctrico permanente (EDM). Durante más de 60 años, los físicos han buscado EDM con mayor precisión, pero nunca los han observado. Sin embargo, las teorías recientes de la física de partículas predicen EDM medibles. Esto ha llevado a una búsqueda mundial de EDM en sistemas tales como neutrones, moléculas y átomos.
Las búsquedas de EDM a menudo involucran relojes atómicos que operan en un campo magnético controlado (uniforme en el espacio y estable en el tiempo). En un campo eléctrico, un reloj atómico ultraestable con un EDM distinto de cero funcionará ligeramente más rápido o más lento. El éxito de tales experimentos depende de lo bien que los físicos pueden controlar el campo magnético circundante y otros factores ambientales.
Los EDM de los átomos, como el radio y el mercurio, se deben principalmente a las fuerzas que se originan en el medio nuclear. Los mejores límites en este tipo de fuerzas se derivan actualmente del átomo de mercurio-199. Investigadores de la Universidad de Washington, Seattle, encontraron que su reloj de mercurio-199 pierde menos de un segundo cada 400 siglos. Es imposible mejorar este experimento a menos que uno pueda construir un reloj menos sensible a los factores ambientales. Un experimento competitivo que busca hacer precisamente eso es la búsqueda del EDM del radio-225. Es una colaboración entre el Laboratorio Nacional Argonne, la Universidad Estatal de Michigan y la Universidad de Ciencia y Tecnología de China.
El raro isótopo radio-225 es una alternativa atractiva. Su núcleo "en forma de pera" (imagen de arriba) amplifica el EDM observable en órdenes de magnitud en comparación con el núcleo casi esférico de mercurio-199. Para realizar un experimento competitivo, un reloj de radio 225 solo necesita ser estable a menos de un segundo cada dos años. Esto es difícil pero factible. La sensibilidad de este reloj de radio está limitada actualmente solo por el pequeño número de átomos disponibles (alrededor de 0.000005 miligramos por día). En el futuro, el uso de un núcleo aún más "en forma de pera", como el raro isótopo protactinio-229, puede mejorar la sensibilidad de estas búsquedas de EDM en otro factor de mil. En otras palabras, un experimento competitivo con un reloj de protactinio solo tendría que ser estable a menos de un segundo cada día.
"Nosotros, todo lo que vemos y el resto del universo observable existe porque la antimateria desapareció durante el nacimiento del universo", dijo el autor principal del nuevo trabajo, Jaideep Taggart Singh, profesor de Física en la Universidad de Michigan State. "Descubrir una nueva fuente de violación de la inversión de tiempo, tal vez utilizando núcleos raros en forma de pera, comenzaría a explicar cómo sucedió esto".
El laboratorio FRIB (Facility for Rare Isotope Beams) en Michigan State producirá una gran cantidad de núcleos en forma de pera, como el radio-225 y, por primera vez, el protactinio-229. Esto permitirá una búsqueda de un EDM con una sensibilidad sin precedentes para responder al rompecabezas de la antimateria.
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