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Desde 2017 Libertad Barrón, investigadora del Instituto de Física (IF) de la UNAM, forma parte de la colaboración internacional Momento Dipolar Eléctrico del neutrón o nEDM (por sus siglas en inglés), que se realiza dentro del Laboratorio Nacional Oak Ridge, en Tennessee, Estados Unidos, un experimento que ayudaría a saber por qué en nuestro Universo hay más materia que antimateria.

Con su inserción, la investigadora se convierte en la primera mexicana que forma parte de esta colaboración internacional, la cual está tras las respuestas de la física más fundamental. Y será una forma de atraer la mirada de centíficos internacionales a México, ya que la próxima reunión de este grupo ocurrirá en marzo de este año dentro del IF.

“Es importante para el IF y para la UNAM tener participación en proyectos como éste, que están en la frontera de la física”, y ver que “las dificultades económicas que hay en el país no son un obstáculo para realizar este tipo de investigaciones por cuenta propia. Los científicos en México “sí podemos hacer contribuciones muy importantes en experimentos a través de estas colaboraciones internacionales”, declaró Barrón a Noticias IFUNAM.

La colaboración nEDM derivó de una propuesta planteada por Robert Golub y Steve Lamoreaux, físicos estadounidenses especialistas en física nuclear, en 1994. El objetivo era encontrar el valor del nEDM. Actualmente, está conformada por investigadores de Estados Unidos y Canadá que planean mejorar la precisión en la medida del nEDM y con ello responder una pregunta clave para los físicos: ¿por qué en nuestro Universo hay más materia que antimateria?

Los científicos consideran a los neutrones como una herramienta poderosa para explorar la asimetría de materia-antimateria que hay en el Universo. Y la razón responde a su distribución de carga.

Los núcleos atómicos de toda la materia conocida en el Universo está conformada por protones y neutrones. Estos últimos están, a su vez, formados por tres quarks: dos de carga −⅓ y uno de carga +⅔. Cuando estos tres quakrs se unen, sus cargas suman cero, por eso es que el resultado es el neutón, que tiene carga cero. Por otro lado, los quarks no son cargas puntuales y no están localizados en un mismo punto dentro del neutrón sino que se encuentran separados unos de otros a una cierta distancia muy pequeña que genera una variación en la distribución de carga en el neutrón, la cual se comoce como dipolo eléctrico del neutrón o nEDM. Y es la clave para entender por qué hay más materia que antimateria.

El secreto que guarda el nEDM

Para entender la relevancia del momento dipolar eléctrico del electrón hay que hablar, primero, de simetrías, rasgos de un sistema que se preservan sobre cierta transformación matemática. Gracias a la incorporación de simetrías en el Modelo Estándar, la física moderna puede describir al Universo con un mínimo de suposiciones.

Las simetrías más fundamentales son la de conjugación de carga (C), paridad (P), y reversión temporal (T). La primera cambia la carga eléctrica de las partículas; la segunda invierte la posición de toda partícula, si al principio la ubicación de esta era r, la transformación la manda a –r; y la última mueve el reloj en reversa, para un sistema definido en el tiempo t, se transforma t a -t.

La naturaleza generalmente se comporta de la misma forma bajo estas tres transformaciones o combinaciones de ellas, pero cuando no lo hace es cuando aparece el nEDM. Un ejemplo claro de esto es nuestro Universo: en él hay un exceso de partículas sobre antipartículas, y su posible causa sería una asimetría en C.

Entonces “encontrar un momento dipolar diferente de cero implicaría nueva física” porque significaría la violación de la reversión temporal (T), equivalente a la violación de CP (la combinación de simetrías de carga y paridad), que a su vez nos llevaría a explorar las fuentes de tal violación. Por ello, es imprescindible entender los mecanismos que generan las violaciones a estas simetrías, es decir, conocer con precisión el valor del nEDM.

Medirlo es el reto

Medir el nEDM es el mayor reto al que se enfrentan los científicos “porque su valor teórico es absurdamente pequeño”, explicó Barrón. Para hacerlo se requieren instrumentos de altísima precisión que permitan la manipulación de campos magnéticos, transporte de espín de neutrones y, en general, recursos humanos capaces de desarrollar dispositivos con características rigurosas cuando surja alguna necesidad particular.

Actualmente, están en curso experimentos muy importantes a nivel mundial que buscan reducir el error en la medición del nEDM. Libertad Barrón ingresó a esta colaboración internacional como investigadora principal del vínculo con la UNAM, acompañada por su equipo de trabajo del Departamento de Física Experimental del IFUNAM, para participar en un experimento específico.

“Nuestro ingreso a esta colaboración es consecuencia del trabajo que hemos realizado desde hace 8 o 9 años, en el desarrollo de dispositivos muy precisos productores de campos magnéticos para la manipulación y transporte del espín de neutrones de bajas energías. Nos hemos especializado en ello y hemos tenido muy buenos resultados”, reconoce Barrón.

Al enterarse de esto, los miembros del experimento Neutron EDM “se acercaron y nos invitaron a participar en una reunión en agosto de 2017, que derivó en nuestro ingreso formal”, cuenta.

Barrón y su equipo apoyarán con su experiencia para tener la mayor sensibilidad en la manipulación de campos magnéticos muy pequeños, que ayudará a poner límites rigurosos a la medida del nEDM y determinarlo a un nivel muy pequeño: 10-28 e•cm (donde e es la unidad de carga eléctrica y cm son centímetros).

El significado de la colaboración

Para la invetsigadora, esta colaboración “abre el camino para aprovechar al máximo la experiencia adquirida que tenemos en el Instituto de Física y la metodología desarrollada en el diseño y construcción de estos dispositivos. Así, podemos seguir explotando el trabajo de altísima calidad que realiza el taller mecánico del IF”, dice.

Libertad Barrón será la responsable del desarrollo de instrumentación para el transporte del espín de los neutrones en el experimento, que requiere desviaciones en campos magnéticos diminutos, menores a 1 x 10-15 Tesla (unidad de medida de campo magnético). “Me da mucho gusto ver que mi trabajo en esa área no ha terminado, que siguen surgiendo oportunidades y que, además, he logrado tener un nicho de algo que podemos desarrollar aquí en el IF, que es especial porque no lo hacen en otro lugar”.

El proyecto también brinda la oportunidad a los estudiantes de viajar, conocer otros grupos de trabajo y adquirir experiencia pues “para la formación de un físico es indispensable la colaboración y el trabajo en equipo”, concluye la investigadora.