La materia a nivel microscópico se puede definir como un conjunto de moléculas, que a su vez son agrupaciones de átomos, que a su vez están formados por otras partículas como son los electrones (carga eléctrica negativa), protones (carga eléctrica positiva) y neutrones (sin carga eléctrica).
Como dicho anteriormente, igual que la materia está formada de partículas, la antimateria está formada de antipartículas. Y como ya te imaginaras entre las antipartículas encontramos el antielectrón o positrón (un electrón con carga eléctrica positiva), el antiprotón (un protón con carga eléctrica negativa) y el antineutrón.
Los pares partícula-antipartícula además tienen una propiedad fascinante. Cuando una partícula y su correspondiente antipartícula se encuentran, chocan, éstas se aniquilan, desaparecen, dando lugar únicamente a un flash de luz.
La maravillosa ecuación de Dirac
Para saber cómo se descubrió la antimateria, nos remontaremos a comienzos de la década de los años 30 del siglo pasado. El físico Británico Paul Dirac trataba de unificar dos de las corrientes de la física, la relatividad especial y la mecánica cuántica, en un mismo marco teórico describiendo un electrón que se mueve a velocidades cercanas a la luz. Y lo consiguió. Formuló lo que a día de hoy se conoce como ecuación de Dirac.
La ecuación predecía algo que parecía imposible, partículas con energía negativa. De la misma forma que la ecuación x²=4 posee dos soluciones (x=2 y x=-2), una de las soluciones de la ecuación de Dirac parecía indicar que las partículas podían tener una energía menor que la energía del reposo.
Esas soluciones realmente apuntaban a que existía un “mar” de partículas que tenían energías más bajas. Y es que cuando una partícula “normal” salta de un nivel de energía bajo a uno más alto, deja un hueco en el nivel de energía bajo, del que proviene. Si esta partícula tiene una carga negativa, digamos que es un electrón, el hueco que deja pasa a tener un déficit de carga negativa, o lo que es lo mismo, una carga positiva, ¡un positrón! Aparecían así por primera vez, a nivel teórico, las antipartículas.
Pero, ¿y dónde está la antimateria?
Poco después de que Dirac postulara su existencia, se encontraron las primeras antipartículas. Fue Carl D. Anderson quién encontró positrones provenientes de rayos cósmicos usando una cámara de niebla. Se trata de un gas que es ionizado al paso de una partícula de forma que se puede visualizar la trayectoria que ésta ha llevado. Anderson usó un campo magnético de forma que cuando una partícula cruzara la cámara, su trayectoria se curvara de acuerdo a su carga eléctrica. Así, un electrón y su antipartícula, el positrón, deberían curvarse en sentidos opuestos.
Unos años más tarde, en 1955, Emilio Segré y Owen Chamberlain descubrieron el antiprotón y el antineutrón.
Las antipartículas se crean en una plétora de procesos físicos. La Tierra está siendo constantemente bombardeada con antipartículas (forman parte de lo que se conoce como rayos cósmicos) producidas en diferentes procesos astrofísicos. Debido al decaimiento del potasio-40, un plátano produce aproximadamente un positrón cada 75 minutos, pero en nuestro cuerpo también podemos encontrar potasio-40, eso quiere decir que nosotros mismo somos una fuente de antipartículas.
Y, ¿Dónde la podríamos aplicar?
Se está investigando la posibilidad de utilizar la antimateria en el sector médico en el cual se podría emplear para medir la actividad metabólica del cuerpo (tomografía por emisión de positrones).
Además, se estudia el uso de antiprotones en la terapia contra el cáncer. Y es que estas partículas añaden un impulso extra de energía (más capacidad de destrucción) a partículas que bombardean tumores. Aunque aún no se ha probado en células humanas, esta terapia sí se ha probado satisfactoria en células cancerosas de hámsters.
También es prometedor en el campo de la producción de energía. Cuando la materia se encuentra con antimateria se aniquilan dando lugar a una buena cantidad de energía en forma de luz. Para hacernos una idea, un gramo de antimateria liberaría la cantidad de energía equivalente a una bomba nuclear.
Otro de los usos de la antimateria es la posibilidad de usarla como combustible para las naves espaciales en los viajes a otros planetas. ¿Te imaginas poder llegar a Marte en un solo día? ¿O a la luna en 8 minutos? Pues esto se podría conseguir únicamente con 250 gramos de antimateria.
Pero el mayor problema son los costes de la producción y almacenamiento de antimateria. Producir un gramo de antimateria requeriría cerca de 25.000 billones de kilovatios hora de energía, elevando así el coste por encima de los mil billones de dólares.
La existencia de la antimateria plantea una de las mayores cuestiones de la física actual, ¿Por qué existimos?
El Modelo Estándar de física de partículas predice la existencia de una simetría llamada CP (Charge-Parity). Esta simetría establece la que la física de las partículas es igual que la de las antipartículas. Esto quiere decir que, según la teoría del Big Bang, se debería haber producido la misma cantidad de materia y antimateria en los orígenes del universo, lo que hubiera contribuido a que se hubieran aniquilado por pares, sin dejar rastro de nuestra existencia.
Pero la verdad es que aquí estamos, existimos, y además todo lo que vemos en el universo está hecho de materia, no de antimateria. Un simple cálculo muestra que para que esto sea así sólo se necesita que haya una partícula más de materia que de antimateria por cada mil millones de pares materia-antimateria. Parece que no es mucho, ¿verdad?, pues es bastante más de lo que parece y actualmente no se sabe cómo generar este “desajuste”.
En el CERN, se midió el momento magnético del antiprotón. Esto es algo así como medir cómo reacciona un antiprotón a un campo magnético externo. Pudiera ser que la antimateria tuviera alguna propiedad, digamos el momento magnético, que la diferencie de la materia y por ello se generase el “desajuste” necesario para que existamos. Pues bien, la medida, hecha con una precisión sin precedentes, indica que los momentos magnéticos del protón y el antiprotón son básicamente iguales.
En alguna parte ha de estar la diferencia, la asimetría entre la materia y la antimateria, pero a día de hoy no se sabe. Todo lo que observamos en el universo esta hecho de materia, todo lo que te rodea es materia, así que debe haber algo que distinga la materia de la antimateria.
Temática sugerida por: Anthony Manotoa, Tusgamesbox, Andres Venegas y Elix Arjona
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