Antimateria

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Acelerador de antiprotones del CERN.

En física de
partículas, la antimateria es la extensión del concepto de antipartícula a la
materia. Así, la antimateria está compuesta de antipartículas, mientras que la
materia ordinaria está compuesta de partículas.
Por ejemplo, un antielectrón (un electrón con carga positiva,
también llamado positrón) y un antiprotón (un protón con carga
negativa) podrían formar un átomo de antimateria, de la misma manera que un
electrón y un protón forman un átomo de hidrógeno. El contacto de materia y
antimateria llevaría a la aniquilación de ambas, dando lugar a fotones de alta energía (rayos
gamma) y otros pares partícula-antipartícula.

Contenido

1 Notación

2 Dónde está la
antimateria

3 Historia

4 Producción y coste de la
antimateria

5 Usos de la
antimateria

6 Antigravedad

7 Antimateria en la ciencia
ficción

8 Véase también

9 Referencias

10 Enlaces
externos

[editar]
Notación

En física se usa una barra horizontal o macrón para diferenciar las
partículas de las antipartículas: por ejemplo protón p y antiprotón p. Para los átomos de antimateria
se emplea la misma notación: por ejemplo, si el hidrógeno se escribe
H, el antihidrógeno será
H.

También se utiliza la diferencia de carga eléctrica entre ambas partículas:
por ejemplo electrón e−
y positrón
e+.

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Dónde está la
antimateria

Las teorías científicas aceptadas afirman que en el origen del universo
existían materia y antimateria en iguales proporciones. Pero la materia y la
antimateria se aniquilan mutuamente, dando como resultado energía pura, y sin
embargo, el universo que observamos está compuesto únicamente por materia. Se
desconocen los motivos por los que no se ha encontrado grandes estructuras de
antimateria en el universo. En física, el proceso por el que la cantidad de
materia superó a la de antimateria se denomina bariogénesis, y baraja
tres posibilidades:

Pequeño exceso de materia tras el Big Bang: Especula con
que la materia que forma actualmente el universo podría ser el resultado de
una ligera asimetría en las proporciones iniciales de ambas. Se ha calculado
que la diferencia inicial entre materia y antimateria debió ser tan
insignificante como de una partícula más de materia por cada diez mil millones
de parejas partícula-antipartícula.

Asimetría CP: En 1967, Andréi Sájarov
postuló por primera vez que las partículas y las antipartículas no tenían
propiedades exactamente iguales o simétricas; una discusión denominada
la Violación CP.[1] Un reciente experimento en el
acelerador KEK de Japón sugiere que esto quizás sea cierto, y que por tanto no
es necesario un exceso de materia en el Big Bang: simplemente las leyes
físicas que rigen el universo favorecen la supervivencia de la materia frente
a la antimateria.[2] En este mismo sentido, también se ha
sugerido que quizás la materia oscura sea la
causante de la bariogénesis al interactuar de distinta forma con la materia
que con la antimateria.[3]

Existencia de galaxias de antimateria ligada por antigravedad: Muy
pocos científicos confían en esta posibilidad, pero todavía no ha podido ser
completamente descartada. Esta tercera opción plantea la hipótesis de que
pueda haber regiones del universo compuestas de antimateria. Hasta la fecha no
existe forma de distinguir entre materia y antimateria a largas distancias,
pues su comportamiento y propiedades son indistinguibles. Existen argumentos
para creer que esta tercera opción es muy improbable: la antimateria en forma
de antipartículas se crea constantemente en el universo en las colisiones de
partículas de alta energía, como por ejemplo con los rayos cósmicos.
Sin embargo, éstos son sucesos demasiado aislados como para que estas
antipartículas puedan llegar a encontrarse y combinarse. La NASA ha enviado la
sonda AMS (Alpha Magnetic Spectrometer) para buscar rastros de
antimateria más compleja,[4] que pudiesen indicar que todavía
existe antimateria en el universo. Sin embargo los experimentos no han
detectado nada hasta la fecha.

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Historia

La ecuación de Dirac,
formulada por Paul Dirac en 1928, predijo
la existencia de antipartículas además de las partículas de materia ordinarias.
Desde entonces, se han ido detectando experimentalmente muchas de dichas
antipartículas: Carl D. Anderson, en
el Caltech,
descubrió el positrón en 1932. Veintitrés
años después, en 1955, Emilio Segrè y Owen Chamberlain, en la
universidad de Berkeley, el antiprotón y antineutrón.[1]

Pero la primera vez que se pudo hablar propiamente de antimateria, es
decir, de "materia" compuesta por antipartículas, fue en 1965, cuando dos
equipos consiguieron crear un antideuterón,
una antipartícula compuesta por un antiprotón y un antineutrón. La
antipartícula fue lograda en el Acelerador Protón Sincrotrón del CERN, a
cargo de Antonino Zichichi, y
paralelamente por Leon Lederman, en el
acelerador AGS (Alternating Gradient Synchrotron) del Laboratonio
Nacional de Brookhaven, en Nueva York.[5]

En 1995, el CERN anunció la creación de nueve
átomos de antihidrógeno en el
experimento PS210, liderado por Walter Oelert y Mario Macri, y el Fermilab
confirmó el hecho, anunciando poco después la creación a su vez de 100 átomos de
antihidrógeno.

F. J Hartmann, de la Universidad Técnica de Munich, y un equipo de
investigadores japoneses informaron de la creación de un átomo compuesto de
materia y antimateria llamado helio
antiprotónico .
Este átomo constaba de dos protones, dos neutrones, un electrón y un antiprotón
en lugar del segundo electrón. El átomo sobrevivió 15 millonésimas de
segundo[6]

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Producción
y coste de la antimateria

La antimateria es la sustancia más cara del mundo, con un coste estimado de
unos 60.000 millones de USD el miligramo.[7]
[8]
La producción de antimateria, además de consumir enormes cantidades de energía,
es muy poco eficiente, al igual que la capacidad de almacenamiento, que ronda
sólo el 1% de las partículas creadas. Además, debido a que la antimateria se
aniquila al contacto con la materia, las condiciones de almacenamiento
—confinamiento mediante campos electromagnéticos—, tienen igualmente un coste
elevado.

Otra estimación de su coste la dio el CERN, cuando dijo que había costado
algunos cientos de millones de francos suizos la producción de una
milmillonésima de gramo.[9]

Debido a esto, algunos estudios de la NASA plantean recolectar mediante
campos magnéticos la antimateria que se genera de forma natural en los Cinturones de Van
Allen de la Tierra, o incluso en los cinturones de los grandes planetas
gaseosos como Júpiter.[10]

También se trabaja en mejorar la tecnología de almacenaje de antimateria. El
Dr. Masaki Hori ha anunciado un método de confinamiento de antiprotones por
radiofrecuencia, lo que según sus palabras podría reducir el contenedor al
tamaño de una papelera.[11]

En noviembre de 2008 la doctora Hui Chen del Lawrence
Livermore National Laboratory de Estados Unidos anunció que ella y su equipo
habrían creado positrones al hacer incidir un
breve aunque intenso pulso láser a través de una lámina de
oro blanco de pocos milímetros de espesor, esto habría ionizado al material y
acelerado sus electrones. Los electrones
acelerados emitieron cuantos de energía, que al decaer
dieron lugar a partículas materiales, dando también como resultado
positrones.[12]

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Usos de la
antimateria

Si bien la antimateria está lejos de ser considerada una opción por su
abrumador costo y las dificultades tecnológicas inherentes a su manipulación,
las antipartículas sí están encontrando usos prácticos: la Tomografía
por emisión de positrones es ya una realidad. También se investiga su uso en
terapias contra el cáncer, ya que un estudio del CERN ha descubierto que los antiprotones son cuatro
veces más efectivos que los protones en la destrucción de tejido canceroso,[13]
y se especula incluso con la idea de diseñar microscopios de antimateria,
supuestamente más sensibles que los de materia ordinaria.[14]
Pero el mayor interés por la antimateria se centra en sus aplicaciones como
combustible (o incluso para armamento), pues la aniquilación
de una partícula con una antipartícula genera energía pura según la ecuación de
Einstein E=mc² La energía
generada por kilo (9×1016 J/kg), es unas diez mil millones de
veces mayor que la generada por reacciones químicas, diez mil veces mayor
que la energía nuclear de fisión, y unas cien veces mayor que la energía nuclear
de fusión.[15]

Por ejemplo, se estima que sólo serían necesarios 10 miligramos de
antimateria para propulsar una nave a Marte[16]

No obstante, hay que indicar que estas cifras no tienen en cuenta que
aproximadamente el 50% de la energía se disipa en forma de emisión de neutrinos, por
lo que en la práctica habría que reducir las cifras a la mitad.[17]

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Antigravedad

Todavía no se conoce el comportamiento de las antipartículas en un campo
gravitatorio: esto se podría observar comprobando si un haz horizontal de
positrones o de antiprotones provenientes de un acelerador se curva hacia arriba
o hacia abajo en el campo gravitatorio de la Tierra, pero estas partículas
producidas por colisiones se desplazan a velocidades próximas a la de la luz en
el vacío, por lo que la curvatura a observar estaría en el orden de un diámetro
nuclear por kilómetro de longitud del haz (0, 000 000 000 000 1 cm), y por ahora
no es posible medir curvas tan pequeñas.

Si las antipartículas o la antimateria se movieran en sentido inverso a la
materia común en un campo gravitatorio, se echaría por tierra el principio de
equivalencia y con él a la teoría general de la
relatividad, aunque no otras teorías relativistas de la gravitación.[18]

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Antimateria en
la ciencia ficción

Como es lógico, la capacidad energética de la antimateria, unida a lo exótico
de su concepto, la ha convertido en un referente en obras futuristas o de
ciencia ficción, tanto en combustibles como armamentos. Recientemente además se
ha especulado con el peligro de los aceleradores de partículas como método de
generar antimateria, por su posible robo con fines terroristas en el libro Ángeles y
demonios de Dan Brown. Aunque
probablemente la nave más popular que utiliza antimateria como combustible sea
la Enterprise de la saga Star
Trek.

En la película Avatar, la nave
de carga ISV Venture Star emplea dos motores híbridos de
fusión/materia-antimateria como energía para la fase de desaceleración cuando
se aproxima a la luna Pandora, en el sistema Alfa Centauri. La secuencia se
revierte en su regreso a la Tierra.

En el videojuego Starcraft las naves Scout de
los Protoss
utilizan para combate aire/aire misiles de antimateria.

En el videojuego Halo 2, las estaciones
defensivas de la UNSC fueron destruidas por cargas explosivas de antimateria
dejadas por el Covenant.

En el videojuego Sins of a Solar
Empire, la antimateria es empleada por las naves espaciales para realizar
saltos lumínicos entre planetas y sistemas solares, además de otros usos
concretos. Las reservas antimatéricas de cada nave se ven modificadas por
ciertas anomalías espaciales como la radiación solar generada en las
proximidades a una estrella o por las nebulosas magnéticas.

En la serie Gundam SEED y Gundam SEED
Destiny las naves de batalla usan Cañones De Positrones como arma principal (Lohengrin para las
naves de clase Izumo, Tanhauser para el minerva, etc.)

En El Eternauta: El
regreso, las "pilas de antimateria" son un combustible valioso, que
supuestamente puede servir para viajes en el tiempo.

En el videojuego Spore, en la fase espacial se
pueden comprar misiles y bombas de antimateria.

En las peliculas de Predator, se cree que el
brazalete que usan para la autodestrucción, provoca una explosion antimateria.

En el juego UFO:
Extraterrestrials, las ultimas granadas son de antimateria de color
morado.

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Véase también

Ambiplasma

Antihidrógeno

Antipartícula

Bariogénesis

Simetría CP

[editar]
Referencias

↑ a
b
«La
Antimateria».

↑ Difference in
direct charge-parity violation between charged and neutral B meson
decays,Nature 452, 332-335 (20 de marzo de 2008)

↑ «Ciencia Kanija » Nueva teoría del Universo encaja dos de los
mayores misterios».

↑ «The History fo Antimatter - Antimatter in Cosmology - AMS».

↑ «The History fo Antimatter - from 1928 to 1995».

↑ «Los físicos intentan crear átomos de antimateria ·
ELPAÍS.com».

↑ «Antimatter and Fusion for rocket propulsion». NASA. Consultado el 21-08-2008.

↑ «The
monetary density of things - Evil Mad Scientist Laboratories».

↑ «Antimatter Questions and Answers».

↑ «Extraction of Antiparticles Concentrated in Planetary Magnetic
Fields» (pdf). NASA. Consultado el 24-05-2008.

↑ http://www.cienciakanija.com/2007/08/14/proyecto-para-almacenar-antimateria-en-una-“papelera”/

↑ «Billions of particles of anti-matter created in laboratory».

↑ «La antimateria es eficaz contra el cáncer».

↑ «El rayo de antimateria más poderoso del mundo».

↑ «Motores de Antimateria».

↑ «La NASA planea utilizar antimateria para viajar a Marte».

↑ «Comparison of Fusion/Antiproton Propulsion systems» (pdf). NASA. Consultado el
24-05-2008.

↑ George Gamow
(1962), Gravity, Doubleday & Company, New York; Gravedad, Editorial
Universitaria de Buenos Aires, 1963, Antigravedad, páginas 124 a 128.

Este artículo fue creado a partir de la traducción del artículo Antimatter de la Wikipedia
en inglés, bajo licencia Creative Commons
Compartir Igual 3.0 y GFDL.

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Enlaces externos

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cuántica

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