Antimateria

Por Rodrigo López

Seguramente has escuchado hablar sobre antimateria, esa ¿Sustancia? extraña que ha aparecido en un sinfín de películas, videojuegos, series, y la necesaria como combustible del motor Warp del que hemos hablado en anterior artículo. Pero… ¿Alguna vez te has preguntado qué es realmente la antimateria y que tan real es lo que nos muestra la ciencia ficción? ¿Por qué Anti? 

¡Conozcamos la antimateria, la grandeza detrás de este enorme descubrimiento y sus importantes aplicaciones en la actualidad!

Aniquilación de un antiprotón contra un protón de un átomo de
neón. Experimento PS‐179 en la máquina LEAR del CERN, 1984. Vía Rivera, B.

Historia

A principios del siglo XX, Paul Dirac, ingeniero eléctrico, matemático y físico teórico británico, estaba intentando describir el comportamiento de las partículas, que en ese entonces se conocían, involucrando la relatividad de Albert Einstein y a la física cuántica de Niels Bohr. Es cuando en 1928, obtuvo la expresión de su famosa ecuación:

Dirac observó que la ecuación, al tener elementos cuadráticos, tendría dos posibles resultados. La ecuación funcionaba para los electrones, partículas elementales de carga negativa, que ya conocíamos, las cuales eran uno de los resultados, sin embargo, el segundo resultado era extraño, ya que describía partículas parecidas a los electrones, pero con carga positiva. Es cuando sin querer, Dirac terminó descubriendo un nuevo tipo de materia, igual a la que nos rodea, pero con carga opuesta, la cual postuló como Antimateria, y está conformada por antipartículas. Esto quiere decir que Dirac había encontrado dos tipos de partículas iguales entre sí, pero con carga contraria: la materia y la antimateria. Y con esto teorizó la primera antipartícula, el positrón, el cuál es similar a un electrón, pero con carga positiva.

En 1936 Carl Anderson, investigando las cascadas de radiación de partículas cósmicas en una cámara de niebla descubrió los positrones, consolidando así la existencia de las antipartículas, y por ende la de la antimateria. Durante los siguientes años se encontraron más antipartículas en las cascadas de rayos cósmicos. En 1955, al hacer colisionar partículas en el acelerador Bevatrón, se pudo crear y detectar antiprotones, y en 1956, en el mismo acelerador, se descubrió el antineutrón.

Representación conceptual de un Átomo de Antihidrogeno. Vía Nuclear Power.

¿Dónde se encuentra la antimateria?

Es verdad que ya somos capaces de crear antimateria en los aceleradores de partículas, sin embargo, con la tecnología actual solo somos capaces de producir cantidades irrisorias de antimateria a costa de un gigantesco esfuerzo, para producir un solo gramo de antiprotones, se necesitarían 60.200 millones de años. Entonces, ¿Se podrá obtener antimateria de manera natural?

Hasta el momento, el universo observable parece estar conformado nada más por materia ordinaria, ya que por motivos desconocidos, nuestro universo se creó con más materia que antimateria, y al entrar en contacto estás dos se desintegran, es por eso que en nuestro universo solo hay materia. Si esto no hubiera pasado y hubiera habido la misma cantidad de materia y antimateria, nosotros no estaríamos aquí para contarlo porque toda la materia se habría aniquilado completamente con su correspondiente antimateria.

Sin embargo, no se puede descartar que haya sobrevivido una pequeñísima cantidad de antimateria primordial en nuestro universo observable, quizás un antiprotón por cada decena de millones de protones, como predicen algunos modelos teóricos, como consecuencia, no se puede excluir la posibilidad de que existan antiestrellas e incluso antigalaxias pequeñas, en pequeñas cantidades y suficientemente aisladas de la materia. En ese caso, la antimateria produciría también antiplanetas, antiminerales, antiagua, antiaire y antiseres vivos, al igual que la materia, por lo que no sería descabellado pensar en una civilización avanzada de antihumanoides, los cuales no podrían visitarnos, pero podríamos comunicarnos de manera amistosa intercambiando ondas electromagnéticas.

Aplicaciones de la Antimateria

  • En el sector medico, la aniquilación de los electrones de la materia biológica con positrones provee una de las técnicas de imagen más importantes que se usan en los hospitales en la actualidad, llamada Tomografía por Emisión de Positrones (PET), en la cual se inyectan en el cuerpo fármacos con isótopos radiactivos de vida muy corta que emiten positrones. Cuando se aniquilan los positrones con electrones del tejido circundante se emiten dos rayos gamma que son detectados por el aparato. Éste produce una serie de láminas a través del cuerpo que se combinan formando una imagen en 3D. El PET al poder seguir procesos biológicos tales como el flujo de sangre, el metabolismo, la transmisión neuronal y el crecimiento de tumores, se usa también en la industria farmacéutica para estudiar el comportamiento de medicamentos en el cuerpo.
Representación de una Tomografía por Emisión de Positrones (PET)
  • En el sector industrial, la radiación con positrones tiene un gran uso para estudiar materiales con propiedades tecnológicas importantes, como ferroelectricidad, superconductividad y magnetorresistencia, así como materiales semiconductores utilizados en paneles solares y otros dispositivos electrónicos. También se usa para obtener imágenes del interior de algunos materiales con varias finalidades: analizar procesos de interés, sondear escalas subnanométricas en biopolímeros y encontrar defectos estructurales en cristales, entre otras.


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Referencias