Antimateria: qué es, propiedades, aniquilación y aplicaciones

Descubre qué es la antimateria, sus propiedades, cómo ocurre la aniquilación y sus aplicaciones en ciencia y tecnología; explicación clara y ejemplos actuales.

Autor: Leandro Alegsa

29-12-2025 23:29

Antimateria es un término de la física de partículas. La antimateria está formada por antipartículas, que tienen la misma masa que las partículas de la materia ordinaria pero cargas y otras propiedades opuestas (por ejemplo el número de leptones o de bariones). Un ejemplo cotidiano es el positrón, que es el antielectrón: tiene la misma masa que el electrón pero carga positiva en lugar de negativa.

Propiedades fundamentales

Misma masa, señales opuestas: las antipartículas comparten la masa y el espín de sus partículas correspondientes, pero sus cargas eléctricas y números cuánticos (como el número bariónico o leptónico) son opuestos.
Simetría CPT: según el teorema CPT, las leyes físicas son invariantes bajo la combinación de inversión de carga (C), paridad (P) y sentido del tiempo (T), lo que implica igualdad de masas y vidas medias entre partículas y antipartículas salvo violaciones experimentales muy pequeñas en interacciones débiles (violación CP).
Ejemplos de antipartículas: positrón (antielectrón), antiprotón, antineutrón y átomos como el antihidrógeno (un antiprotón rodeado por un positrón).

Aniquilación: qué ocurre cuando se encuentran

El encuentro entre una partícula y su antipartícula puede provocar su aniquilación mutua, proceso en que la energía de masa se transforma en otras partículas y radiación. Por ejemplo, la aniquilación electrón-positrón suele producir fotones gamma con energías características (dos fotones de 511 keV en direcciones opuestas si la aniquilación ocurre en reposo). En aniquilaciones de partículas más masivas pueden generarse mesones, neutrinos y pares partícula-antipartícula de menor masa.

La energía liberada sigue la relación de Einstein E = mc². Si se aniquila una cantidad de antimateria igual a la de materia (m antimateria + m materia), la energía total liberada es E = 2 m c². Por ejemplo:

1 gramo de antimateria aniquilándose con 1 g de materia libera ≈ 1,8 × 10¹⁴ J (aprox. 43 kilotones de TNT).
1 kilogramo de antimateria con 1 kg de materia libera ≈ 1,8 × 10¹⁷ J (≈ 43 megatones de TNT).

Producción y detección

Producción en laboratorio: se generan antipartículas en colisionadores de partículas y aceleradores cuando la energía disponible produce pares partícula-antipartícula. La producción es muy costosa en energía y produce cantidades ínfimas de antimateria.
Antipartículas en la naturaleza: rayos cósmicos producen positrones y antiprotones al interactuar con el medio interestelar. También se observan positrones resultantes de desintegraciones radioactivas en fuentes astrofísicas.
Detección: la aniquilación da señales características, como los fotones de 511 keV del electrón-positrón, que sirven para identificar presencia de antimateria. Detectores de partículas y cámaras de rastreo registran productos secundarios de aniquilaciones.

Contención y almacenamiento

Como la antimateria se aniquila al tocar materia ordinaria, hay que almacenarla sin contacto con paredes macroscópicas. Se usan trampas electromagnéticas (por ejemplo, trampas de Penning) para confinar antipartículas cargadas mediante campos eléctricos y magnéticos en vacío extremo y ambientes criogénicos. Para átomos neutros como el antihidrógeno se emplean trampas magnéticas que aprovechan momentos magnéticos y técnicas de enfriamiento para mantenerlos aislados durante tiempos cada vez mayores.

Aplicaciones actuales y potenciales

Medicina: la aplicación más extendida es la Tomografía por Emisión de Positrones (PET), que utiliza emisores beta+ (positrones) para obtener imágenes metabólicas del cuerpo humano gracias a la detección de los fotones de 511 keV producidos en la aniquilación.
Investigación fundamental: pruebas de las simetrías fundamentales (CPT, violación CP), mediciones de propiedades del antihidrógeno y estudios sobre cómo la gravedad actúa sobre la antimateria (experimentos como ALPHA, AEgIS y GBAR en CERN).
Radioterapia y trazadores: isótopos emisores de positrones y otras antipartículas se usan como trazadores y pueden tener aplicaciones en terapia dirigida; la investigación continúa para usos clínicos más avanzados.
Propulsión espacial (teórica): la altísima densidad energética de la aniquilación materia-antimateria la convierte en candidata teórica para sistemas de propulsión extremadamente eficientes (cohetes de antimateria). Sin embargo, la producción, almacenamiento y control de la antimateria a escala práctica plantean retos tecnológicos y económicos enormes.

Presencia en el universo y la asimetría materia‑antimateria

Observaciones cosmológicas muestran que el universo visible está dominado por materia ordinaria; no se detectan grandes regiones de antimateria. Este hecho plantea la cuestión de por qué, tras el Big Bang, quedó mucha más materia que antimateria. Explicaciones teóricas requieren procesos (bajo condiciones propuestas por Sakharov) que generen una pequeña asimetría: violaciones de conservación de número bariónico, violación CP y reacciones fuera del equilibrio térmico. La búsqueda de mecanismos de baryogénesis es un tema activo de investigación en física de partículas y cosmología.

Riesgos, limitaciones y consideraciones prácticas

Escasez y costo: producir antimateria es extremadamente ineficiente energéticamente y costoso; las cantidades creadas en laboratorio son minúsculas (átomos o nanogramos, según el tipo).
Seguridad: la liberación no controlada de antimateria causaría aniquilaciones altamente energéticas en la zona de contacto. Por ello, cualquier aplicación debe resolver problemas de contención y de seguridad.
Implicaciones éticas y de proliferación: las posibilidades teóricas de uso militar o destructivo hacen que el control tecnológico y la discusión ética sean importantes.

Investigación actual y experimentos relevantes

Instituciones como CERN llevan a cabo experimentos con antipartículas mediante instalaciones como el Antiproton Decelerator (AD). Experimentos conocidos incluyen ALPHA (estudio y confinamiento de antihidrógeno), ATRAP y ASACUSA (espectroscopía del antihidrógeno), AEgIS y GBAR (medición de la respuesta gravitatoria de la antimateria). Estos programas buscan comparar propiedades de materia y antimateria con máxima precisión y explorar nuevas tecnologías de atrapamiento y enfriamiento.

En resumen, la antimateria es un concepto real y comprobado con aplicaciones prácticas actuales (como la PET) y un enorme potencial energético en teoría, pero su uso a gran escala choca con limitaciones tecnológicas, costes y cuestiones de seguridad y ética. La investigación continúa ampliando nuestra comprensión de sus propiedades y su papel en el universo.

¿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}} $E=mc^{2}$ 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}}. $E=mc^{2}$ . 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}}. $E^{2}=m^{2}c^{4}+{\vec {p}}^{2}c^{2}$ . En la nueva ecuación de la energía, el símbolo p → {\displaystyle {\vec {p}} ${\vec {p}}$ 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}}}} $E=+{\sqrt {m^{2}c^{4}+{\vec {p}}^{2}c^{2}}}$ y E = - m 2 c 4 + p → 2 c 2 {\displaystyle E=-{sqrt {m^{2}c^{4}+{\vec {p}^{2}c^{2}}}} $E=-{\sqrt {m^{2}c^{4}+{\vec {p}}^{2}c^{2}}}$ . 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}} $E=mc^{2}$ 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.

Preguntas y respuestas

P: ¿Qué es la antimateria?

R: La antimateria es un material formado por antipartículas con la misma masa que las partículas de materia ordinaria pero con cargas y propiedades opuestas.

P: ¿Cuál es la relación entre partículas y antipartículas?

R: Las partículas y las antipartículas tienen cargas y propiedades opuestas, y los encuentros entre ellas provocan la destrucción de ambas.

P: ¿Qué tipos de partículas y de energía se producen cuando se destruyen una partícula y una antipartícula?

R: La destrucción de una partícula y una antipartícula produce fotones de alta energía (rayos gamma), neutrinos y pares partícula-antipartícula de menor masa.

P: ¿Qué significa el término número de leptones?

R: El número de leptones se refiere al número de leptones de una partícula o antipartícula.

P: ¿Qué se entiende por número de bariones?

R: El número de bariones se refiere al número de bariones en una partícula o antipartícula.

P: ¿En qué se diferencia la antimateria de la materia ordinaria?

R: La antimateria está compuesta por antipartículas, que tienen la misma masa que las partículas de la materia ordinaria pero cargas y propiedades opuestas.

P: ¿Qué importancia tienen los encuentros entre partículas y antipartículas?

R: Los encuentros entre partículas y antipartículas tienen como resultado su destrucción mutua y la producción de fotones de alta energía, neutrinos y pares partícula-antipartícula de menor masa.

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