Conociendo la Antimateria

Hola cienciadictos, bienvenidos a la nave del misterio. Hoy nos embarcamos en un viaje hacia lo recóndito, lo desconocido del universo para conocer uno de esos enigmáticos entes que siembran en el cerebro humano la semilla de la curiosidad, la cual florece en nuestro interior creando un maravilloso entramado de dudas que impulsan la voluntad del individuo pensante hacia el fin al cual estamos destinados, nos lleva a investigar, descubrir e intentar comprender el por qué de lo que nos rodea, lo que en esencia nos convierte en humanos. 

Me apetecía hacer una introducción a lo Iker Jiménez, y ahora que me he quedado a gusto, vamos al lío, o como dirían los angloparlantes "let's go to the mess". Hoy me gustaría hablaros de un tema que parece ciencia ficción pero que es ciencia al fin y al cabo, hoy hablaremos de antimateria. 

Antes de preguntarnos qué es la antimateria, debemos definir lo que es la materia, que básicamente se podría expresar como todo aquello que constituye el mundo que vemos a nuestro alrededor, que es parte del universo observable que habitamos. Todos conocemos qué es la materia, nos rodea por todas partes, estamos hechos de ella, es reconocible y palpable, y aquí es donde entra la ley de los opuestos, el ying y el yang, porque para que haya luz se necesita a la oscuridad, para que exista el bien se necesita el mal (me ha quedado muy de película, lo sé :D), por esto, para que exista la materia, también debe existir la antimateria. Entonces, ¿qué es la antimateria?

La antimateria es a todos los efectos lo mismo que la materia, idénticas en aspecto físico y en constitución, excepto por una propiedad: su carga eléctrica. Esto se debe a que sus movimientos rotatorios y sus polos magnéticos se han invertido, siendo su carga eléctrica la opuesta de lo que debería ser. Por tanto, la antimateria se compone de partículas de signo opuesto a las de la materia, las llamadas antipartículas. La antimateria, en lugar de estar compuesta por protones con carga positiva, o electrones con carga negativa, lo está por antiprotones, que poseen carga negativa y antielectrones con carga positiva, también denominados positrones. En definitiva, las partículas de la antimateria son idénticas a las de la materia, excepto por su carga eléctrica opuesta (y, por tanto, sus opuestas propiedades magnéticas).

Y para los que se pregunten: si la diferencia entre una partícula y su antipartícula es la carga eléctrica ¿qué diferencia un neutrón de un antineutrón? La respuesta es que un antineutrón es simplemente un neutron cuyo movimiento rotatorio se ha invertido, mostrando el anteriormente mencionado fenómeno de los polos invertidos.

Descubrimiento

Fue en 1929 cuando el físico británico Paul Adrien Maurice Dirac descubrió una fórmula que resolvía el conflicto en la descripción de los átomos existente entre la Teoría de la Relatividad de Einstein y la Teoría Cuántica de Schrödinger y Heisenberg y que finalmente explicaba las leyes que gobiernan el comportamiento de los electrones en el átomo. Dicha fórmula le valió el Premio Nobel en 1933... pero la fórmula revelaba mucho más que eso. La ecuación tenía dos soluciones. Una de ellas era la solución esperada que describía el comportamiento de los electrones, mientras que la otra solución sugería la existencia de electrones cargados positivamente. Durante el discurso de toma de posesión de su Premio Nobel Dirac definió el positrón como la imagen especular del electrón, con exactamente la misma masa y una carga eléctrica de signo opuesto.

En 1932, el físico americano Carl Anderson observaba por primera vez un positrón y lograba fotografiarlo. Ya había conseguido identificar neutrones y electrones en su estudio del comportamiento de los rayos cósmicos mediante una cámara de niebla, cuando observó la existencia de ciertas partículas que se comportaban igual que el electrón pero se movían el dirección contraria. Era la primera prueba irrefutable de la existencia de electrones positivos o positrones. El descubrimiento también le valió el Premio Nobel en 1936. A partir de ese momento comenzó la búsqueda de las demás partículas de antimateria. La primera en descubrirse fue el protón negativo, o antiprotón.

En 1995, el CERN anunció la creación de nueve átomos de antihidrógeno. El 17 de noviembre 2010, los científicos del CERN lograron crear 38 átomos de antihidrógeno, pudiendo preservarlos aproximadamente en un sexto de segundo (172ms). Esto forma parte del proyecto ALPHA, que en 2011 lograron crear más de 300 átomos de antihidrógeno y almacenarlos durante 1000 segundos. 

Generalidades

Una de las propiedades muy particulares de las antipartículas es que cuando se pone en contacto con su correspondiente partícula se produce una neutralización mutua y literalmente desaparecen, no dejan ni rastro de materia, fenómeno llamado aniquilación. Pero como sabemos, la materia, al igual que la energía, no puede desaparecer, por lo que el resultado obtenido tras la aniquilación es la liberación de grandes cantidades de energía en forma de fotones, o más concretamamente, de radiación gamma, según la famosa fórmula de Einstein E=mc2.

El proceso opuesto también es posible. Pares de partículas de materia y antimateria pueden generarse a partir de grandes concentraciones de energía. Esto es lo que ocurrió durante el Big Bang, una explosión tan intensa que generó materia y antimateria donde solo existían inmensas cantidades de energía. Pero si la materia y la antimateria se crearon al mismo tiempo, ¿por qué nuestro universo se compone sólo de una de ellas? ¿Donde está toda la antimateria que debió formarse en el Big Bang? La Física de momento solo puede responder la segunda de las preguntas: la antimateria original debió aniquilarse en contacto con la materia que también se había formado. La razón por la que sobrevivió un excedente de materia que ha dado lugar al universo que habitamos continúa siendo una incógnita.

Usos de la antimateria

Si bien la antimateria está lejos de ser considerada una opción por su abrumador costo (una estimación del CERN indicó que el coste estimado es de 60.000 millones de dólares/mg... O_O) y las dificultades tecnológicas inherentes a su manipulación y almacenamiento, 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. Pero el mayor interés por la antimateria se centra en sus aplicaciones como combustible, ya que comos se ha comentado anteriormente, la aniquilación de una partícula con una antipartícula genera gran cantidad de energía. La energía generada por kilo es unas diez mil veces mayor que la generada mediante energía nuclear de fisión. Por ejemplo, se estima que sólo serían necesarios 10 miligramos de antimateria para propulsar una nave a Marte. Pero claro, al igual que la antimateria servía para propulsar a la Enterprise por el espacio en Star Trek, también sirvió para fabricar un arma de destrucción masiva en Ángeles y Demonios y reventar El Vaticano, ya sabemos que la tecnología en malas manos puede ser desastrosa.

Los estudios en antimateria están relacionados con la idea de descubrir qué particularidades rodearon al que probablemente es el mayor enigma de la ciencia, el origen del Universo, y los estudios llevados acabo en el CERN y mediante el LHC nos hacen ver que los científicos encargados van por buen camino para conseguir las respuestas a algunas preguntas. 

Para acabar os dejo un corto documental que narra a la perfección los misterios de la antimateria:

Espero que hayáis disfrutado aprendiendo sobre antimateria, hasta la próxima entrada en Ciencia Bizarra, hasta entonces, ¡¡DISFRUTAD DE LA CIENCIA!!.