El misterio de la antimateria

-Araceli Pérez Cornejo

Si son fanáticos de la ciencia ficción, de seguro, han escuchado el término de antimateria y el papel que juega, suena como un sueño donde viajas al futuro.  Este tipo de historias, siempre nos dejan con un poco de incertidumbre, si en realidad es posible, o si la antimateria existe…

Pues en este artículo te explicaremos todo lo que la ciencia ha descubierto de la antimateria.

Las matemáticas predijeron la antimateria

La ecuación de Dirac es la primera ecuación que junta la teoría de la relatividad y la teoría cuántica, que sirve para describir las partículas, que viajan a velocidad de la luz.

Puesto que, la teoría de la relatividad se aplica en situaciones en las que las velocidades son muy altas, cercanas a la de la luz; Y la teoría cuántica se hizo para describir sistemas muy pequeños, como las partículas.

Dirac paso de una ecuación lineal en energía:

A una forma cuadrática:

La variación de E2 implica resultados sorprendentes.

Pongamos un ejemplo:

2 al cuadrado y -2 al cuadrado dan el mismo resultado.

Si planteamos una ecuación:

Paso algo parecido con la ecuación de Dirac. Al estar E al cuadrado da lugar a dos soluciones.

Por ejemplo, una de las soluciones va a ser el electrón, que tiene una carga eléctrica negativa, pero aparece una alternativa, un nuevo tipo de materia, su contraparte antimateria, llamado positrón, con carga positiva.

El problema es que nunca se había observado una partícula con la misma masa que el electrón, mismas propiedades y carga positiva.

Una partícula que, además, en contacto con un electrón, deberían aniquilarse, destruirse mutuamente.

¿Cómo se comprobó la antimateria?

En 1932 Carl David Anderson estaba manejando una cámara de niebla para estudiar los rayos cósmicos. Estos rayos son chorros de partículas que vienen desde los rincones más lejanos del universo, y contienen partículas con mucha energía, que chocan con la atmosfera.

Las cámaras de niebla son cajas llenas de un gas en equilibrio estable, es decir, es un gas al límite de pasar a estado líquido.

Los rayos al pasar  por la caja, las partículas de los rayos dejan una estela o traza y es más fina o gruesa dependiendo del tipo de partícula.

Cuando se les aplica un campo magnético, las partículas cargadas se curvan en diferentes sentidos, dependiendo de su energía.

El descubrimiento del positrón se dio cuando una fotografía mostró que se comportaba de manera idéntica al electrón, pero se curvaba en el sentido opuesto.

Este descubrimiento confirmó la existencia de la antimateria.

El CERN, en 1955 consiguen por primera vez formar átomos de anti hidrógeno, consiguiendo la unión estable de un antiprotón con un antielectrón durante un breve lapso de tiempo.

¿Podríamos hacer más elementos de antimateria?

Si, podríamos crear toda la tabla periódica de antimateria, es solo ir juntando las partículas.

Puesto que materia y antimateria funcionan exactamente igual, cualquier elemento se puede formar con antimateria.

La antimateria en la creación del universo

Si cada vez que se crea una partícula, se crea una antipartícula que además si se encuentran se aniquilan.

Entonces, al inicio del universo se tuvieron que haber creado la misma cantidad de partículas que de antipartículas.

Tuvieron que estar vagando por el universo aniquilándose mutuamente. Finalmente, no debió haber quedado ninguna, sin embargo, estamos vivos.

Se piensa que en la aniquilación que ocurre entre la materia y antimateria, hay algo que hace que no sean exactamente iguales. No se sabe el qué, pero ahí tiene que estar favoreciendo la materia.

Para hacerse una idea de lo pequeña que es la diferencia entre materia y antimateria, tiene que ser tal que entre mil millones de partículas colisionando con mil millones de antipartículas solo una partícula de materia sobreviva.

La antimateria beneficia a la tecnología:

Cuando una partícula y una antipartícula se encuentran, se aniquilan completamente, dando lugar solamente a energía, esta aniquilación es una fuente de energía muy eficiente, ya que se aprovecha el 100% de su energía.

La energía que se desprende de un gramo de antimateria es de 90 billones de julios.

Sabiendo esto, nos podemos imaginar demasiadas cosas: aviones de alta velocidad funcionando con antimateria, bombas de antimateria, ciudades enteras funcionando por antimateria, etc.

Por ejemplo, los viajes espaciales muy largos se hacen imposibles por la cantidad de combustible que hay que cargar. Mucha energía se gasta en empujar el propio combustible.

Esto lo cambiaria, si utilizáramos antimateria, con tan solo un gramo de antimateria podríamos llegar muy lejos. 

Hay diseños de motores de antimateria que usarían la energía de la aniquilación de antiprotones para mover una nave.

En un cohete de antimateria bien diseñado 30-50 por ciento de la energía de aniquilación termina como energía cinética (energía que posee un cuerpo en movimiento) del cohete.  Así 10 mg de antimateria en propulsión equivalen a 200 toneladas de combustible químico.

Podríamos ir a Marte, Plutón, a las estrellas más cercanas, el turismo espacial y la colonización de la galaxia podría ser una realidad en muchos años.

Desafortunadamente, es muy difícil que esto suceda pronto, puesto que, es muy peligroso, podría haber un accidente y produciría una cantidad exagerada de radiación, también crear antimateria es demasiado costoso, ya que se tiene que producir de forma artificial.

Se estima que generar un miligramo de antimateria tiene un coste de 10 millones de dólares, convirtiendo a la antimateria en el material más caro del mundo.

Otra desventaja es el tiempo, al ritmo actual se pueden crear 10 millones de antiprotones por minuto, por lo que se tardaría cien mil millones de años en producir un gramo.

Empleo de la antimateria en la medicina

El uso más inmediato que tiene la antimateria es en la medicina.

Se utiliza en la Tomografía por Emisión de Positrones (PET), con ello se pueden hacer mapas de actividad del cuerpo humano, que pueden ser muy útiles para encontrar tumores.

Otro avance, es el caso de tratamiento de cáncer con haces de protones.

Los tratamientos convencionales, envían luz de alta energía (Rayos X o Gamma) a la zona donde se ha desarrollado un tumor, esta luz es capaz de dañar los tejidos tumorales, el principal problema es que también destruye tejidos sanos.

Y con el tratamiento de haces de protones (protones acelerados), lo que ocurre es que los protones son acelerados, y cuando el protón apenas interacciona, va perdiendo energía muy lentamente. En el final de su trayecto cuando la perdida de energía es importante porque realiza el mayor daño, es cuando llega a la zona del tumor.

Con ello se minimizan los efectos sobre el tejido sano. La precisión que se alcanza con esta técnica es enorme, permitiendo adecuar la energía incluso con los movimientos del tumor con la respiración del paciente.

Los científicos del CERN están experimentando usar antiprotones en vez de protones, y esto mejoraría el proceso.

Los antiprotones al igual que los protones también atraviesan superficies perdiendo la mayor parte de su energía al final del trayecto y al enviar un antiprotón se aniquila con un protón de un núcleo del tumor pudiendo destrozarlo.

Los estudios parecen mostrar que usar antiprotones es cuatro veces más efectivo que usar protones en este tipo de terapia.

La antimateria es el enigma más maravilloso que el universo nos otorgo.

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Bibliografía

BBC NEWS. (8 de Febrero de 2020). Recuperado el Julio de 2021, de BBC: https://www.bbc.com/mundo/noticias-51408851

Santaolalla, J. (2016). El Bosón de Higgs no te va hacer la cama . Madrid, España: La esfera de los libros.

The tower of science . (28 de Marzo de 2021). Recuperado el Julio de 2021, de thetowerofscience: https://thetowerofscience.com/espanol/resumen-del-libro-antimateria-por-frank-close-antimatter/

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