El experimento, realizado con un colisionador estadounidense, demuestra que generar partículas con masa directamente a partir de la luz es posible, tal y como la ciencia predijo hace décadas.
particle accelerator
© Brookhaven National Laboratory
Un acelerador de partículas del Colisionador Relativista de Iones Pesados, Upton, Long Island, Nueva York
Los físicos del proyecto estadounidense STAR Collaboration han logrado generar pares de electrones y sus contrapartes de antimateria (positrones) colisionando directamente entre sí partículas de luz, que son fotones de alta energía.

Una nota emitida por el Laboratorio Nacional Brookhaven, con sede en Nueva York, explica que esta forma de convertir luz en materia es una consecuencia directa de la famosa ecuación E = mc² de Einstein, la cual establece que la energía y la materia (representada por su masa) son intercambiables.

Las reacciones nucleares en el Sol y en las plantas de energía atómica convierten átomos en energía de forma continua. Esta vez, los investigadores han logrado lo contrario: convertir energía luminosa directamente en materia en un solo paso.

El colisionador de partículas del laboratorio no disparó ningún haz de luz, sino iones de oro (esto es, átomos polarizados, despojados de sus electrones) casi a la velocidad de la luz mientras los físicos midieron la distribución angular de las partículas producidas en sus interacciones. El oro siguió siendo oro durante el experimento, pero procesos físicos de interés científico se produjeron en torno a cada ion.

Los 79 protones de su núcleo, a falta del respectivo número de electrones que lo orbitasen, llevaban una poderosa carga positiva. Acelerar una partícula tan cargada a velocidades muy altas genera un poderoso campo magnético que gira en espiral alrededor de la partícula acelerada a medida que viaja, como la corriente que fluye a través de un cable, explicaron desde el laboratorio.

"Si la velocidad es lo suficientemente alta, la fuerza del campo magnético circular puede ser igual a la fuerza del campo eléctrico perpendicular", dijo uno de los participantes del estudio, el físico Zhangbu Xu. La presencia de estos campos eléctricos y magnéticos perpendiculares de igual intensidad alrededor de cada ion es exactamente lo que es un fotón: una partícula cuántica de luz. "Entonces, cuando los iones se mueven cerca de la velocidad de la luz, hay un montón de fotones que rodean el núcleo de oro, viajando con él como una nube".

Cuando dos nubes se encuentran

Los investigadores del proyecto, formado en torno al detector solenoide del Colisionador Relativista de Iones Pesados, aceleraron el oro polarizado hasta el 99,995 % de la velocidad de la luz. Сada par de iones disparados simultáneamente se acercaban en determinados momentos y, sin llegar a producirse una colisión directa, sus enjambres de fotones se rozaban e interactuaban instantáneamente, lanzando electrones y positrones hacia afuera.

Este efecto había sido predicho y descrito por los físicos Gregory Breit y John A. Wheeler en 1934, pero en aquel entonces no existían las capacidades técnicas para colisionar partículas de luz de esta manera, ni tampoco de capturar positrones, que son la forma más disponible de la antimateria en condiciones terrestres y sirven desde hace años a fines diagnósticos en medicina.

Hay también otra conclusión importante en el artículo que recogió los resultados de estos experimentos, publicado en Physical Review Letters: se ha demostrado que la trayectoria de la luz que viaja a través de un campo magnético en el vacío se dobla en función de cómo esté polarizada esa luz.

Este tipo de desviación, conocida en el lenguaje científico como birrefringencia, normalmente se registra al paso de un rayo por un lente o cristal. Esta vez, el mismo fenómeno se generó a causa de la polarización de las partículas a falta de obstáculos ópticos en su camino. Esta función, conocida en la teoría, fue comprobada por primera vez con este experimento.