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Silvana TapiaJosé EdelsteinFrancis VillatoroIgnacio CrespoHéctor SocasJuan Carlos GilGastón Giribettransición electrónica antihidrógenoátomos atrapados en la trampamecanismo exploración antihidrógenofrancis villatoro medición niveles energéticosFrancis VillatoroAlfaAntihidrógeno27 de mayoHéctor Socascolaboración AlfadoNatureTeslaexperimento AlfaBalmerorbital n igual a 2siglo XIX410 nanómetros436 nanómetros456 nanómetros
Espectro del antihidrógeno
Con
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Francis Villatoro explica cómo se miden las diferencias entre niveles energéticos en antihidrógeno, enfatizando la necesidad de un mecanismo para expulsar ciertos átomos de la trampa.
…niveles de abajo son niveles que hacen lo contrario: la trampa ha sido diseñada para que los expulse. Son niveles que cuando tengo un antihidrógeno en ese estado BA, el desdoblado de abajo, rápidamente, en muy poco tiempo, es expulsado de la trampa. Claro. Esta es la manera en la que yo puedo medir estas diferencias, porque si quedaran atrapados todos los átomos y cuando llega la transición electrónica entre un estado y otro, el antihidrógeno sigue en la trampa, pues yo prácticamente no puedo explorarlo; necesito algún mecanismo de exploración que sea que algo salga fuera de la trampa y eso pasa con los que están abajo. Entonces, lo que se estudia aquí son las transiciones entre los dos niveles de arriba y los niveles de abajo. Yo puedo excitar una transición DA entre el más alto de los de arriba y el más bajo de los de abajo, recordar, DCBA hacia abajo, pues una transición…
Significado #1
Héctor Socas y Francis Villatoro discuten los avances recientes en el estudio de la antimateria, específicamente un artículo publicado en la revista Nature sobre la división del antihidrógeno.
Habla: Francis VillatoroPalabras #2experimento alfa resultados 2017estructura perfina estado fundamental antihidrógeno…de la antimateria; suena muy evocador, y la verdad que si lo piensas es flipante lo que estamos haciendo: estamos manipulando ya realmente antimateria. Hemos pasado de partículas, de antiprotones, de positrones, ya hablar de átomos; ya un átomo es materia. Podemos decir si las otras cosas lo son o no, pero un átomo es materia, ¿no? Y podemos empezar a hacerle espectros a esa antimateria, ¿no? Y, bueno, ya llevamos tiempo haciéndolo, pero hay una noticia que nos querías comentar sobre nuevos resultados del experimento alfa Exactamente. Es un artículo que se ha publicado en la revista Nation. Se publicó el 27 de mayo y el artículo se titula Medida con cuatro partes por millón de la división, del splitting, de la estructura perfina del estado fundamental del antihidrógeno. El título es relativamente parecido al mismo resultado que obtuvo Alfa ya sobre este asunto en 2017. La colaboración Alfa ha mejorado mucho el instrumento, porque ahora ya el instrumento ya no se llama Alfa, sino se llama Alfa 2, pero bueno, básicamente es la misma colaboración, la misma filosofía, la misma, digamos, estructura del experimento; lo que pasa…
Francis Villatoro describe el dispositivo utilizado por la colaboración Alfa para medir espectros, explicando que es un espectrómetro con una trampa magnética donde se atrapar antiprotones y positrones.
Habla: Francis VillatoroSignificado #17 · Palabras #3espectrómetro colaboración alfadotrampa magnética antiprotones positronesantihidrógeno protón positróntransición antihidrógeno microondascampo magnético tesla antihidrógenofrecuencia fotón emitido transiciónestado fundamental hidrógeno anti-hidrógeno…a publicar en Nature, pero es que estáis publicando un nuevo resultado nueve años después. Obviamente el instrumento ha mejorado muchísimo, pero eso es un poco lo más llamativo de este artículo para mí, ¿vale? Ya sabéis que yo soy muy radical en mi manera. De entender los artículos. Entonces, ¿qué ha hecho la colaboración Alfado? Bueno, básicamente la colaboración Alfado tiene un dispositivo que es un espectrómetro, que mide el espectro. Que básicamente es un tubo con una serie de solenoides y una serie de imanes que construye una trampa magnética que tiene como dos montañitas de campo magnético y un pozo. Y en ese pozo yo puedo atrapar partículas cargadas. Entonces yo inyecto, eso es como un tubo, inyecto por un lado antiprotones, inyecto por el otro lado positrones, que son antielectrones, y hay una serie de campos eléctricos y magnéticos que les baja la energía para que prácticamente acaben a muy baja velocidad justo donde se encuentra la trampa. Y en esa trampa yo voy acumulando muchos; la mayoría pues acaban siendo expulsados de la trampa, pero un cierto porcentaje se quedan en esa trampa y forman antihidrógeno, ¿vale? Se encuentran el protón y el positrón y forman el. Antihidrógeno y entonces yo ahora con básicamente microondas, con ondas electromagnéticas, puedo excitar una transición entre dos estados del antihidrógeno asociados a la presencia de un campo magnético. Se aplica un campo magnético básicamente de un Tesla, aquí se han aplicado dos; en 2017 se aplicó uno, 1.03 Tesla, ahora se han aplicado dos, a veces 1.03 y a veces 1.07. Eso permite tener dos puntos y lo que permite es mejorar la medida de la estimación de la energía o si queréis la frecuencia del fotón emitido en la transición asociada a medir ese estado electrónico. Como sabéis, el estado fundamental del hidrógeno, y del anti-hidrógeno es el mismo, tiene dos niveles, un nivel electrónico degenerado, porque te puedes poner un spin, con el spin, digamos, para arriba y para abajo, puedes poner los dos estados del spin, porque el campo del electrón tiene dos campos, dos componentes, y entonces caben el mismo nivel energético los dos, sin incumplir el teorema, perdón, el principio de exclusión de Pauli; y cuando tú metes un campo magnético, ambos se desdoblan. Entonces tú tienes esos dos niveles que están un poquito separados y cuando pones…
Francis Villatoro explica cómo se determina la distancia entre dos niveles energéticos en el antihidrógeno, comparándola con las mediciones realizadas previamente en hidrógeno.
Habla: Francis VillatoroSignificado #2distancia niveles energéticos antihidrógenocampo magnético cero estado fundamentalprecisión mediciones hidrógenoverificación comportamiento antihidrógenoniveles energéticos antihidrógeno campos magnéticospendiente recta distancia niveles antihidrógenofrecuencia fotón transición energía antihidrógeno…a cero, acaban convergiendo; fijaros que tienes como dos niveles arriba, dos niveles abajo, se van acercando conforme el campo magnético va bajando, hasta que llega un momento en que aparecen solo dos niveles, los niveles originales a campo magnético cero. Entonces, lo que tú tienes que estimar es la distancia que hay entre esos dos niveles; esto es una línea hiperfina, la distancia entre los dos niveles a campo magnético cero para el estado fundamental del antihidrógeno. Eso se ha calculado con el hidrógeno con una precisión muchísimo mayor, pero lo que queremos es verificar que el antihidrógeno se comporta como el hidrógeno, que es lo que esperamos. Entonces, para un campo magnético mucho más alto, lo que tengo es que Estos niveles se separan de forma lineal, entonces si yo tengo dos campos magnéticos puedo de manera más sencilla estimar la pendiente de la recta y por tanto estimar la distancia que hay entre esos dos niveles y eso es lo que se ha estimado; esa energía, esa diferencia, básicamente ya os digo, se mide en frecuencia del fotón que se emite en la transición. Entonces lo que yo hago es meter en la trampa, fijaros, hay una diferencia entre los dos niveles que están arriba, el D y el C, y los dos niveles que están abajo, el B y el A. Los niveles que están arriba son: se ha diseñado la trampa para que sean estados…
Francis Villatoro explica cómo se miden las diferencias entre niveles energéticos en antihidrógeno, enfatizando la necesidad de un mecanismo para expulsar ciertos átomos de la trampa.
Habla: Francis VillatoroSignificado #1transición electrónica antihidrógenoátomos atrapados en la trampamecanismo exploración antihidrógenofrancis villatoro medición niveles energéticos…niveles de abajo son niveles que hacen lo contrario: la trampa ha sido diseñada para que los expulse. Son niveles que cuando tengo un antihidrógeno en ese estado BA, el desdoblado de abajo, rápidamente, en muy poco tiempo, es expulsado de la trampa. Claro. Esta es la manera en la que yo puedo medir estas diferencias, porque si quedaran atrapados todos los átomos y cuando llega la transición electrónica entre un estado y otro, el antihidrógeno sigue en la trampa, pues yo prácticamente no puedo explorarlo; necesito algún mecanismo de exploración que sea que algo salga fuera de la trampa y eso pasa con los que están abajo. Entonces, lo que se estudia aquí son las transiciones entre los dos niveles de arriba y los niveles de abajo. Yo puedo excitar una transición DA entre el más alto de los de arriba y el más bajo de los de abajo, recordar, DCBA hacia abajo, pues una transición…
Francis Villatoro explica que los resultados del experimento con antihidrógeno son compatibles con los del hidrógeno, aunque la precisión alcanzada en el hidrógeno es mucho mayor.
Habla: Francis VillatoroSignificado #4resultados experimento antihidrógeno compatibleprecisión hidrógeno partes por billónexperimento antihidrógeno requiere cinco décadasavances hidrógeno superan experimento antihidrógeno…con un poco de prisa porque Silvana no va, bueno, tiene alguna restricción de tiempo, podemos luego, podemos pasar al tema que proponía Silvana y luego si quieres podemos volver a este si hay comentarios, dudas o quejas El resumen en ocho palabras es que No se encontró ninguna diferencia con el hidrógeno, ¿verdad, Francis? Exactamente, los resultados son perfectamente compatibles con el hidrógeno. En el hidrógeno estamos hablando de partes por billón en lugar de por millón. Alcanzar con ese tipo de experimentos un antihidrógeno, la precisión que se logra con el hidrógeno va a requerir a este ritmo muchas décadas, cinco décadas. Claro, y para entonces ya con el hidrógeno habremos avanzado. También muchas más, porque claro, la materia la tenemos que conocer mejor que la antimateria, casi que por definición. El hidrógeno alcanza, yo creo, ya prácticamente lo alcanzable; está al nivel de número de decimales de las constantes físicas mejor…
Gastón Giribet continúa explicando las características de los 'Little Red Dots', detallando que emiten en el espectro de la línea del hidrógeno, conocida como línea de Balmer, un fenómeno estudiado por físicos en la facultad.
Habla: Gastón GiribetSignificado #12 · Palabras #18línea balmer átomo de hidrógenoespectro visible azulado nanómetrostransiciones orbital segundo átomo hidrógeno…torno a algo, pero ese gas está termalizado y emite con el espectro de Planck, de cuerpo negro, en más o menos una, bueno depende del objeto que se está mirando, pero más o menos en unos 6.400 Kelvin, un espectro de cuerpo negro centrado en los 6.400 Kelvin. Y también emite, se conoce bien su espectro; emite en el espectro de la línea del hidrógeno, que se conoce como línea de Balmer, que los físicos estudiamos en la facultad. Es una línea espectral muy precisa, o mejor dicho, una secuencia que corresponde al orbital: son transiciones en el orbital n igual a 2 del átomo de hidrógeno. Recordemos, lo estudiamos en la facultad; son líneas. Las líneas de Balmer están en el espectro visible, son azuladas: son 410 nanómetros, 436 nanómetros, 456 nanómetros, 650 y tanto nanómetros. Están en el azul más o menos; es una línea, una secuencia, que como digo, Balmer no lo sabía en el siglo XIX, pero nosotros sabemos cómo se explica: se explican transiciones del segundo orbital, el n igual a 2 del átomo de hidrógeno. Entonces se puede saber bien el espectro de estos objetos. Pero no todos los Little Red Dots son iguales, algunos tienen metalicidades distintas a otros, que recordemos que en astrofísica la metalicidad es todo lo que no sea hidrógeno y helio, o sea otros materiales. ¿Por qué esto es importante? Porque las…