La Antimateria

Seguramente ya han escuchado hablar de la antimateria, probablemente en las películas de ciencia ficción, o quizá de vez en cuando en las noticias. Hoy les quiero explicar un poco de este tema muy interesante de la física de partículas. Descuiden no necesitaremos grandes conocimientos de física para entenderlo.

La materia está compuesta de partículas, como el protón, o el electrón. La antimateria es casi exactamente lo mismo, pues a cada partícula, le corresponde una antipartícula, que posee todas las mismas características, a excepción de la carga eléctrica que es opuesta. Por ejemplo, la antipartícula correspondiente al electrón, es el antielectrón o positrón que tiene carga positiva.

La antimateria se comporta exactamente igual que la materia, siguen las mismas reglas. Nada impide que existan mundos, estrellas, galaxias o universos de antimateria, donde todo sea exactamente igual, a excepción de la carga. De hecho ya se han logrado crear átomos de anti-hidrógeno y anti-helio.

Hidrógeno y Anti-hidrógeno

La cosa se pone más emocionante cuando juntan materia con antimateria. Si ustedes hacen chocar una partícula con su respectiva antipartícula, literalmente ambas se aniquilarán entre sí liberando muchísima energía. Toda la masa combinada de ambas partículas se convierte en energía según la famosa ecuación de Einstein E=mc^2

También es cierto el reciproco, si se introduce mucha energía en un sistema localizado en una región muy pequeña, existen grandes posibilidades de que se cree una partícula con su respectiva antipartícula.

En realidad, si se ponen a pensar, las antipartículas son una consecuencia natural de la ecuación de Einstein, y las leyes de conservación. Específicamente la conservación de la carga eléctrica. No pueden crear, solo a partir de energía, una partícula cargada como el protón, sin crear al mismo tiempo otra partícula que tenga la carga opuesta en igual magnitud, el antiprotón.

Esto hace que sea extremadamente difícil poder estudiar a las antipartículas, pues vivimos en un mundo dominado por la materia. De hecho, en promedio un antielectrón vive una millonésima de segundo, antes de que se encuentre con un electrón y se aniquilen. Tan difícil es estudiarlas, que todavía no se sabe si “caen” al sentir los efectos de la gravedad (hay quienes piensan que la antimateria produce antigravedad).

Para poder conservar antimateria por más tiempo se necesita atraparlas usando trampas con campos magnéticos y radiofrecuencias donde literalmente se queden “flotando”. Es más, de hecho en Agosto del año pasado se descubrió que había una fina banda de antiprotónes rodeando la Tierra capturada de forma natural por el campo magnetico (si se la perdieron pueden ver la noticia aquí)

Todas estas dificultadas para almacenar y conservar antimateria hacen que actualmente sea la sustancia más cara del mundo, con un costo estimado de ¡60 000 millones de dólares el miligramo!

¿Por qué alguien quisiera gastar tanto en una sustancia tan difícil de conservar?  Bueno, uno de los mayores intereses en la antimateria es el potencial que tiene para liberar gran cantidad de energía con facilidad. Tanta es la energía que se libera, que se estima que para hacer un viaje a Marte, solo se requerirían ¡10 miligramos de antimateria! Es algo que aprovechan mucho en la ciencia ficción, donde usan la antimateria como combustible y como armamento. Por ejemplo el Enterprice en Star Trek funciona con antimateria.

Tanta energía suena peligroso en manos equivocadas, ¿es posible una bomba de antimateria? Técnicamente, sí, pero no en nuestros tiempos. Falta mucho tiempo para que la humanidad sea capaz de crear algo así. En la actualidad, con la antimateria que tenemos apenas podemos calentar un café. Pero mejor así, con lo tontos que somos, sí algún día se llegará a crear armamento de antimateria, seguramente sería el fin del mundo.

Bueno, bueno, quizá estoy exagerando, tampoco hay que ser catastrofistas, la antimateria tiene mucho potencial para otras cosas, entre ellas la medicina, donde ya se pueden hacer tomografías por emisión de positrones (ver aquí). También podría solucionar los problemas energéticos de la humanidad para siempre. Tanta energía tendríamos que ni se tendría que cobrar la electricidad, simplemente sería gratis.

Otro de grandes misterios de la antimateria es ¿Por qué existe tan poca? ¿Por qué vivimos en un universo dominado por la materia, si se supone que materia y antimateria se crean en partes iguales? En realidad esta asimetría es buena, un universo con cantidades iguales de materia y antimateria, es lo mismo que un universo sin nada de materia. Sería un universo demasiado inestable con materia y antimateria aniquilándose por todos lados, no podrían existir las estrellas, ni las galaxias y mucho menos nosotros.

La teoría más aceptada dice que en los comienzos del universo, después del Big Bang, había un pequeñísimo exceso de materia, que bastó para ganar la batalla por el control del universo. Por cada 10,000 millones de partículas de antimateria, debía de haber 10,000 millones más 1 partículas de materia.

Otros dicen que la antimateria no tiene propiedades exactamente simétricas con la materia, por lo que no es necesario ese pequeño exceso de materia.

Y por último hay quienes dicen que en realidad existen regiones del universo hechas de antimateria, pero que al ser idéntica a la materia, no las podemos distinguir. Sin embargo, si estas regiones se encontrasen con materia, sería fácil localizarlas debido a la cantidad masiva de energía liberada debido a la aniquilación, pero al día de hoy no se ha observado nada.

Con esta entrada participamos en la XXVII edición del Carnaval de la Física que este mes se celebra en El Tao de la Física