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Silvana TapiaJosé EdelsteinFrancis VillatoroIgnacio CrespoHéctor SocasJuan Carlos GilGastón Giribetespectrómetro colaboración alfadotrampa magnética antiprotones positronesantihidrógeno protón positróntransición antihidrógeno microondascampo magnético tesla antihidrógenofrecuencia fotón emitido transiciónestado fundamental hidrógeno anti-hidrógenoniveles energéticos antihidrógeno campo magnéticoprincipio exclusión pauli antihidrógeno degeneracióndesdoblamiento niveles francis villatoroespectrómetro colaboración alfa antihidrógenoniveles energéticos campo magnético alfadistancia niveles energéticos antihidrógenocampo magnético cero estado fundamentalprecisión mediciones hidrógenoverificación comportamiento antihidrógenoniveles energéticos antihidrógeno campos magnéticospendiente recta distancia niveles antihidrógenofrecuencia fotón transición energía antihidrógenotrampa magnética antihidrógeno nivelesniveles superiores antihidrógeno estados fundamentalesniveles inferiores antihidrógeno expulsión rápidaantihidrógeno atrapado durante horastransición electrónica antihidrógenoátomos atrapados en la trampamecanismo exploración antihidrógenofrancis villatoro medición niveles energéticostransiciones energéticas antihidrógeno atrapadoexcitar transición da niveles superiorestransición cb niveles inferioresniveles DFrancis Villatoroprincipio de exclusión de Paulitransición DAnivel DDCBATeslaAlfacolaboración AlfadoNatureestado Dtransición CBElon MuskHéctor SocasJuan Carlos Gilexperimento Alfaalfa 2CPT
Trampa magnética antihidrógeno niveles
Con
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Francis Villatoro explica cómo se diseñó la trampa magnética para atrapar diferentes niveles de antihidrógeno, diferenciando entre los niveles superiores (D y C) que se mantienen atrapados y los inferiores (B y A) que son expulsados rápidamente.
…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 un campo magnético puedes conseguir que se separen mucho más y además cada uno de ellos se separe en dos. Entonces tienes como cuatro niveles, arriba Dos niveles, vamos a llamarlo DC, abajo dos niveles BA, así que tienes niveles DCBA. Entonces la idea es: estos niveles cuando el campo magnético se va reduciendo 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 fundamentales del antihidrógeno que se mantengan atrapados; es decir, en la trampa magnética esos niveles quedan, esos antihidrógenos quedan atrapados durante un cierto tiempo, claro, esto no es infinito, pero se ha logrado atrapar durante horas. Y sin embargo los 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 DA y puedo hacer una transición CB. Bien, pues si yo aplico la transición de A, lo que ocurre es que todos los átomos que están en el estado D acaban siendo expulsados, porque transitan abajo, caen al estado A y el estado A los expulsa. Y yo ya puedo observarlo y tener una señal de que estaban…
Significado #1 · Palabras #1
Francis Villatoro explica cómo se diseñó la trampa magnética para atrapar diferentes niveles de antihidrógeno, diferenciando entre los niveles superiores (D y C) que se mantienen atrapados y los inferiores (B y A) que son expulsados rápidamente.
Habla: Francis VillatoroSignificado #1 · Palabras #1espectrómetro colaboración alfadotrampa magnética antiprotones positronesantihidrógeno protón positróntransición antihidrógeno microondascampo magnético tesla antihidrógenofrecuencia fotón emitido transiciónestado fundamental hidrógeno anti-hidrógenoniveles energéticos antihidrógeno campo magnéticoprincipio exclusión pauli antihidrógeno degeneracióndesdoblamiento niveles francis villatoroespectrómetro colaboración alfa antihidrógenoniveles energéticos campo magnético alfadistancia niveles energéticos antihidrógenocampo magnético cero estado fundamentalprecisión mediciones hidrógenoverificación comportamiento antihidrógenoniveles energéticos antihidrógeno campos magnéticospendiente recta distancia niveles antihidrógenofrecuencia fotón transición energía antihidrógenotrampa magnética antihidrógeno nivelesniveles superiores antihidrógeno estados fundamentalesniveles inferiores antihidrógeno expulsión rápidaantihidrógeno atrapado durante horastransición electrónica antihidrógenoátomos atrapados en la trampamecanismo exploración antihidrógenofrancis villatoro medición niveles energéticostransiciones energéticas antihidrógeno atrapadoexcitar transición da niveles superiorestransición cb niveles inferiores…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 un campo magnético puedes conseguir que se separen mucho más y además cada uno de ellos se separe en dos. Entonces tienes como cuatro niveles, arriba Dos niveles, vamos a llamarlo DC, abajo dos niveles BA, así que tienes niveles DCBA. Entonces la idea es: estos niveles cuando el campo magnético se va reduciendo 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 fundamentales del antihidrógeno que se mantengan atrapados; es decir, en la trampa magnética esos niveles quedan, esos antihidrógenos quedan atrapados durante un cierto tiempo, claro, esto no es infinito, pero se ha logrado atrapar durante horas. Y sin embargo los 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 DA y puedo hacer una transición CB. Bien, pues si yo aplico la transición de A, lo que ocurre es que todos los átomos que están en el estado D acaban siendo expulsados, porque transitan abajo, caen al estado A y el estado A los expulsa. Y yo ya puedo observarlo y tener una señal de que estaban…
Francis Villatoro describe una segunda fase de un experimento, que involucra la manipulación de frecuencias de microondas para inducir transiciones energéticas específicas en el antihidrógeno atrapado.
Habla: Francis VillatoroSignificado #11 · Palabras #14transición cb antihidrógeno atrapadofrecuencia microondas trampa antihidrógenoestado d desaparece transición dareplicación experimento 1500 antihidrógenos…la transición de A, lo que ocurre es que todos los átomos que están en el estado D acaban siendo expulsados, porque transitan abajo, caen al estado A y el estado A los expulsa. Y yo ya puedo observarlo y tener una señal de que estaban ahí en ese estado D. Después, en una segunda fase, esto va con dos etapas, esa es la primera etapa, en la segunda etapa hago lo mismo, exícito, tengo que cambiar la frecuencia de las microondas que meto dentro de la trampa, hago que se produzca la transición CB, entonces todos los que estaban, cuando yo hago que con una cierta frecuencia haya transiciones DA, prácticamente desaparecen todos los que están en el estado D, ahora hago lo mismo para que haya la transición CB y ya me desaparecen. Aparecen todos los que estaban en el estado C y ya tengo que volver a repetir el experimento. Entonces, se repite muchas veces. En cada replicación del experimento se almacenan unos 1500 antihidrógenos y se hace este proceso en dos etapas. Esto no se puede hacer al revés. Fijaros qué pasa con los revisores en Nature. Dos de los tres revisores preguntan esto: ¿Por qué no repiten el experimento haciéndolo al revés? Porque no podemos. Porque si citamos primero la transición CB, como las frecuencias son muy parecidas, acaba…
Francis Villatoro describe un experimento técnico para mejorar la medición del nivel energético de átomos de antihidrógeno, destacando una precisión significativamente mayor que las mediciones anteriores.
Habla: Francis VillatoroPalabras #20precisión antihidrógeno alfa 2medición frecuencia microondas átomolímite cpt artículo no mencionadodos órdenes de magnitud precisión…A. Eso lo han añadido, han añadido una pequeña frase en el artículo, entre comillas, para tontos. Pero ya os digo que lo preguntan dos de los revisores, como diciendo: ¿y esto por qué no lo hacéis al revés? Para confirmar que el resultado está bien hecho. es un experimento relativamente muy técnico con muchísimos detalles que se han mejorado, alfa 2 es mucho mejor que alfa, no solo es almacenar mucho más antihidrógenos y midiendo pues la frecuencia de las microondas que se emiten en esa transición yo soy capaz de estimar cuánto es el nivel energético de ese átomo y se ha logrado pues un valor que bueno no creo que merezca la pena entrar en detalles, pues eso, dos órdenes de magnitud 100 veces más preciso que el valor que ya se conocía, ¿no? Esto obviamente tiene implicaciones en CPT, mejora los límites ya publicados previamente en CPT, pero este artículo ni lo menciona, yo digo, que podría haber mencionado una línea, un revisor les podría haber exigido incluir una línea explicando cómo cambia el nuevo límite CPT, que obviamente mejora también en un par de horas de magnitud. Y tampoco han estudiado el factor de estructura, la forma del antiprotón, que es una cosa muy obvia y que probablemente se publicará en próximos meses el cálculo teórico, el nuevo cálculo, la nueva estimación teórica a partir de estos resultados…
Héctor Socas y Juan Carlos Gil comentan sobre la precisión alcanzada en los experimentos con hidrógeno y antihidrógeno, señalando que el conocimiento de la materia supera al de la antimateria.
Habla: Héctor SocasPalabras #13resultados experimento antihidrógeno compatibleprecisión hidrógeno partes por billónexperimento antihidrógeno requiere cinco décadasavances hidrógeno superan experimento antihidrógenoprecisión experimentos hidrógeno antihidrógenoconocimiento materia supera antimateriahidrógeno alcanza constantes físicas conocidaspartes por billón francis trillium…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 conocidas. El conocimiento satura también, es verdad. Cuando dijiste partes por billón, Francis, no estás traduciendo billón, sino realmente billón. Sí, sí, trillillón en inglés: Trillium, exacto, lo de Elon Musk, para el hidrógeno, repito, para el hidrógeno, para el antihidrógeno, para el antihidrógeno, nos ponía en el chat alguien que ahora no recuerdo. lo buscaré, que llamándose alfa 2 el experimento, podríamos haberlo llamado alfalfa, alfalfa, bueno, vamos con el siguiente tema, yo no sé si le daban alfalfa a los ratoncitos, Silvana, con los que Se hacen estos estudios entre la médula espinal y la…