Evelyn C. Ayala4/julio/2025
El 13 de junio de este año, la colaboración internacional canadiense TRIUMF Ultracold Advanced Neutron source (TUCAN) en la que participa Libertad Barrón Palos, investigadora del Instituto de Física, produjo una cifra récord de neutrones ultrafríos, partículas subatómicas que son fundamentales en la búsqueda de la respuesta de uno de los mayores misterios del Universo: ¿por qué hay más materia que antimateria?, ¿qué dio lugar a este desequilibrio?
De acuerdo con su página oficial, TUCAN es un experimento dedicado a medir con precisión las partículas fundamentales conocidas en la física como neutrones. Explica que un neutrón tiene dos quarks negativos y uno positivo que resultan en una carga neutral. “Dependiendo de la disposición de sus quarks, el neutrón podría exhibir polos con una carga positiva o negativa ligeramente mayor, creando un momento dipolar eléctrico de neutrones (nEDM, por sus siglas en inglés)”, se lee.
Libertad Barrón explica que de acuerdo al Modelo Estándar debió haberse producido la misma cantidad de materia que de antimateria para aniquilarse entre sí y producir solo fotones, o sea luz. Sin embargo, esto no responde a la realidad, puesto que hay más materia que antimateria.
“Tenemos evidencia de que en el Universo temprano se produjo más de una que de la otra. La primera evidencia es que lo que observamos es materia y no antimateria. La otra evidencia es que hay un exceso de fotones en la radiación de fondo cósmica, resultado de una etapa en el Universo temprano en la que partículas y antipartículas se aniquilaron, generando fotones, pero como había más de las primeras, entonces quedó materia a partir de la cual se formaron galaxias, estrellas, planetas, etc”, explica Barrón.
Para descubrir el por qué de esta asimetría, es necesario estudiar a los neutrones, porque proporcionan información a través de tres principios relacionados con la cantidad de materia: la violación del número bariónico (más creación de bariones que de antibariones), violación de la simetría C (carga) y CP (carga y paridad) y los procesos fuera del equilibrio térmico, es decir, la expansión y enfriamiento del Universo.
En conjunto, esas condiciones podrían explicar por qué hubo una partícula de materia extra por cada mil millones de pares partícula-antipartícula.
El estudio de estas características revelarán más información del Universo, pero obtener neutrones no es una tarea trivial puesto que se requieren condiciones altamente controladas como las que ofrece TUCAN. “Es única en su tipo, es una fuente que acopla a un acelerador de altas energías con todo un sistema criogénico muy complejo para tener helio 4, o sea helio isotópicamente puro, en un estado superfluido a una temperatura por debajo de un grado Kelvin, y por el otro lado, con el acelerador de partículas, un haz de protones colisionando en un blanco de tungsteno, produciendo un montón de neutrones que luego se enfrían mediante el sistema criogénico hasta tener neutrones de muy bajas energías. Son neutrones que tienen cinco metros por segundo de velocidad. En paralelo estamos trabajando en el primer experimento que hará uso de estos neutrones, TUCAN EDM, que es el acrónimo de electric dipole moment o momento dipolar eléctrico”, dice Barrón.
TRIUMF indica que el momento dipolar eléctrico “es una medida de la separación de dos cargas eléctricas opuestas”. De encontrarse esta separación en los neutrones, se habría encontrado entonces una prueba de la violación de la simetría CP.
“Esta fuente está produciendo una gran cantidad de neutrones. Actualmente, el límite para el momento dipolar eléctrico del neutrón es alrededor de 10-26 electrones por centímetro, y con esta fuente nosotros esperamos que en el experimento, que se estaría llevando a cabo a partir de del año 2027, logremos llegar a un orden de magnitud por debajo de ese límite”, asegura la investigadora.
Libertad Barrón desarrolla campos magnéticos para manipular el espín de neutrones de bajas energías, “por eso es que estoy principalmente enfocada en el desarrollo de los campos magnéticos que van a guiar a los neutrones desde que se polarizan hasta la región donde se buscará medir el momento dipolar eléctrico. En mi estancia aquí, y dado que era prioritario en este momento el desarrollo de la fuente de neutrones ultrafríos, demostrar su funcionamiento, también he estado trabajando en esa parte de TUCAN”, cuenta la investigadora.
Su experiencia especializada le permite participar en experimentos relevantes y colaboraciones internacionales como TUCAN. “Para mí significa una gran oportunidad de ser parte de la generación de conocimiento de frontera, haciendo aportaciones que son únicas y valiosas.
También representa el orgullo de incluir, a través de mi participación, a la UNAM como una de las instituciones detrás de esta búsqueda y con ello, abrir la puerta para que estudiantes de la UNAM, de todos los niveles, puedan participar también y experimentar el hacer ciencia en un contexto colaborativo e internacional; considero que el avance del conocimiento requiere de esas dos componentes”, expresa Libertad Barrón.
En TUCAN participan: la Fundación de Canadá para la Innovación; el programa de Cátedras de Investigación de Canadá; el Fondo de Desarrollo del Conocimiento de B.C.; Investigación Manitoba; el Consejo de Investigación de Ciencias Naturales e Ingeniería de Canadá (NSERC), la Sociedad de Japón para la Promoción de la Ciencia, la Agencia de Ciencia y Tecnología de Japón, el Centro de Investigación de Física Nuclear y la Universidad de Osaka; la Fundación Científica Yamada; la Fundación Científica Murata; la Universidad de Kioto; y la Universidad Nacional Autónoma de México.
TUCAN produjo neutrones en 2017 a partir de un prototipo, y ahora puede crearlos en grandes cantidades a partir de una fuente más completa. “Estas fueron las primeras pruebas de esa fuente y en la colaboración todos estamos muy contentos porque el número de neutrones detectados coincide bastante bien con las simulaciones que se habían hecho previamente; estamos todavía analizando muy a detalle cuántos neutrones se produjeron en diferentes condiciones que se probaron y comparándolos con los resultados de simulaciones”, explica Barrón.
Con estos resultados se abre la posibilidad de obtener información que rellene los huecos sobre el origen y futuro del Universo. Además, los lazos colaborativos forjados por Libertad Barrón se mantienen dentro y fuera de TUCAN, ejemplo de ello será el Collaboration Meeting que se llevará a cabo en el Instituto de Física el próximo año.
