Antimateria

¿De qué está hecho?

En física, todas las partículas elementales, o los bloques básicos de construcción de las cosas que podemos tocar, vienen en pares. Cada partícula tiene lo que se llama una antipartícula. Ésta puede tener el mismo aspecto y actuar como la partícula normal, excepto por una diferencia importante. Un ejemplo es el electrón y el positrón.

Otras partículas de antimateria son del mismo modo, tienen el mismo peso, y se ven y actúan igual que las partículas regulares, pero su carga eléctrica es la opuesta a la de las partículas regulares. El antihidrógeno, por ejemplo, tiene el positrón, que está cargado positivamente, orbitando alrededor de un antiprotón, que está cargado negativamente, que es la forma opuesta al hidrógeno regular, que tiene el electrón (carga negativa), orbitando alrededor de un protón (carga positiva).

Aniquilación

AlbertEinstein encontró una fórmula que puede mostrar cuánta energía tiene una determinada cantidad de algo, ya sea materia o antimateria. Esta fórmula es E = m c 2 {\displaystyle E=mc^{2}} y es una de las ecuaciones más conocidas. En términos sencillos, si tomas la masa de algo y la multiplicas por la velocidad de la luz, y luego la vuelves a multiplicar por la velocidad de la luz, obtendrás la cantidad de energía pura que tiene un trozo determinado de algo. Como la velocidad de la luz es un número tan grande, esto significa que incluso una pequeña cantidad de materia puede tener mucha energía (se ha proyectado que es 4 veces más efectiva por masa que la fisión nuclear).

En 1928, el físico Paul Dirac buscaba una ecuación que predijera cómo debían comportarse las partículas muy rápidas. Ya existía otra ecuación que podía describir las partículas de movimiento lento, la ecuación de Schrödinger, pero la teoría de la relatividad especial de Einstein decía que las partículas rápidas podían ser muy diferentes de las lentas. Dirac sabía que partículas como los electrones solían moverse muy rápido. Se dio cuenta de que la antigua ecuación no haría buenas predicciones para las partículas rápidas. Así que ideó una nueva ecuación que pudiera describir las partículas que se mueven cerca de la velocidad de la luz.

Para las partículas rápidas, ya no es cierto que la energía es E = m c 2 {\displaystyle E=mc^{2}}. . En cambio, la nueva ecuación de Dirac funcionaba para partículas en las que la energía venía dada por E 2 = m 2 c 4 + p → 2 c 2 {\displaystyle E^{2}=m^{2}c^{4}+{\vec {p}^{2}c^{2}}. . En la nueva ecuación de la energía, el símbolo p → {\displaystyle {\vec {p}} se denomina momento, y mide la rapidez con la que va la partícula y lo difícil que es detenerla. Esta ecuación dice que las partículas muy rápidas tienen más energía, por lo que se diferencian de las lentas. Puedes tomar la raíz cuadrada de cada lado de esta ecuación, ya que ambos lados son iguales. Sin embargo, cualquier raíz cuadrada real tiene dos respuestas, E = + m 2 c 4 + p → 2 c 2 {\displaystyle E=+{sqrt {m^{2}c^{4}+{\vec {p}^{2}c^{2}}}} y E = - m 2 c 4 + p → 2 c 2 {\displaystyle E=-{sqrt {m^{2}c^{4}+{\vec {p}^{2}c^{2}}}} . Puedes pensar que la respuesta con energía negativa es la antimateria.

La razón por la que esto es importante para entender la antimateria es porque los científicos descubrieron que cuando la materia y la antimateria se tocan, la cantidad de energía que se libera se acerca mucho a la cantidad de energía E = m c 2 {\displaystyle E=mc^{2}} dice que debería estar toda junta en esas dos piezas. La razón es que cada partícula de materia, cuando toca su antipartícula en el mundo de la antimateria, ambas se transforman en energía pura, o se aniquilan mutuamente. Esta liberación de una cantidad tan elevada de energía es la razón por la que muchos escritores de ciencia ficción utilizan la antimateria como combustible en sus historias. Por ejemplo, el autor Dan Brown utiliza la antimateria en "Ángeles y Demonios" como un arma muy poderosa. También se está estudiando como fuente de combustible para misiones reales al espacio exterior en el futuro.

¿Dónde está toda la antimateria?

Muchos científicos piensan que en los primeros momentos después del Big Bang, que creó el universo hace mucho tiempo, se mezclaron materia y antimateria. Si el Big Bang creó cantidades iguales de materia y antimateria, entonces las dos se aniquilarían y se convertirían en energía. Después de mucho tiempo, no quedaría ni materia ni antimateria, sólo energía. Pero nuestro universo actual parece ser casi todo materia y apenas antimateria. Los físicos aún no saben con certeza que se crearon cantidades iguales de materia y antimateria, y por ello también se preguntan a dónde fue a parar la antimateria, y si sobró alguna desde el principio del universo.

Una de las explicaciones es que al principio sólo había un poco más de materia que de antimateria, de modo que lo que sobró después de que la mayor parte de la materia y la antimateria se aniquilara en energía se convirtió en el universo mayoritariamente de materia que vemos hoy. Otra teoría es que hay mucha antimateria al otro lado del universo, oculta mucho más allá de nuestra visión. También podrían haber formado sus propias galaxias y sistemas solares.

Utiliza

Como la antimateria puede producir tanta energía, se puede utilizar para muchas cosas, como combustible para ir al espacio exterior, o en nuestros coches. El problema es que la antimateria es muy cara de fabricar y casi igual de cara de almacenar, ya que no puede tocar la materia normal. Se necesitan varios cientos de millones de dólares para fabricar menos de una millonésima parte de un gramo de antimateria. De hecho, es la sustancia más cara y más rara de la Tierra. Al ser tan cara, la antimateria no es práctica como arma ni como fuente de energía, ya que se puede obtener muy poca cantidad.

Sin embargo, recientemente los científicos han atrapado antimateria durante más de 16 minutos (1000 segundos en total).

Tiene un uso en medicina, porque un tipo especial de escáner llamado PET, que significa tomografía por emisión de positrones, utiliza positrones para entrar en el cuerpo humano. Los médicos pueden observar el modo en que los positrones se transforman en energía dentro del cuerpo de una persona, y ser capaces de decir si algo va mal dentro de una persona. Este tipo de máquina funciona de forma diferente a una máquina de rayos X o una máquina de resonancia magnética (MRI), y puede ayudar a los médicos a ver cosas que esas otras máquinas no pueden ver.