Todo lo que Ud. quería saber sobre la antimateria y no se atrevía a preguntar

Hay una decena de cosas que posiblemente usted no sepa acerca de la antimateria, que es fascinante en sí misma y además, le hace el bocho a muchos.

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La antimateria es cosa de ciencia ficción.

Ejemplos: En la película Ángeles y Demonios, el profesor Langdon trata de salvar a la Ciudad del Vaticano de una bomba de antimateria; la nave Enterprise, de Star Trek, usa la aniquilación materia-antimateria como propulsión para viajar más rápido que la luz.

Pero la antimateria también es cosa de la realidad.

Las partículas de antimateria son casi idénticas a sus contrapartidas de materia, salvo que llevan cargas opuestas y cuando la antimateria y la materia se reunen, se aniquilan inmediatamente generando energía.

Pero mientras las bombas de antimateria y las naves espaciales de propulsión de antimateria son descabelladas, todavía hay muchos hechos sobre la antimateria que pueden hacerle cosquillas a las células del cerebro.

1. La antimateria debería haber aniquilado a toda la materia en el universo después del Big Bang.
Según la teoría, el Big Bang (o Gran explosión) debería haber creado tanta antimateria como materia. Pero cuando ambas se encuentran, se aniquilan, dejando nada más que energía, así que, en principio, ninguno de nosotros debería existir. Pero lo hacemos y la explicación de la comunidad física es que existimos porque, al final, sólo habría una partícula de materia “de más” por cada mil millones de pares de materia-antimateria. Los físicos están trabajando duro tratando de explicar esto.

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Desintegración radiativa de Potasio 40 a Argón 40 [https://bnnas.files.wordpress.com/2014/02/k40ds.gif

2. La antimateria está más cerca de ti de lo que piensas.
Constantemente llueven sobre la Tierra pequeñas cantidades de antimateria en forma de rayos cósmicos, de partículas energéticas provenientes del espacio. Estas partículas de antimateria alcanzan nuestra atmósfera a un ritmo que va desde menos de 1 por metro cuadrado a más de 100 por metro cuadrado. Los científicos también han visto pruebas de la producción de antimateria por arriba de las tormentas eléctricas. Pero otras fuentes de antimateria son aún más cercanas. Por ejemplo, las bananas producen antimateria, liberando un positrón (el equivalente de antimateria de un electrón) cada 75 minutos, aproximadamente. Esto ocurre porque los plátanos contienen una pequeña cantidad de potasio-40, ( que es un isótopo natural del potasio), que se desintegra a argón-40, escupiendo un positrón en el proceso. Nuestros cuerpos también contienen potasio-40, lo que significa que nosotros también emitimos positrones. La antimateria se aniquila inmediatamente en contacto con la materia, por lo que estas partículas de antimateria son de muy corta duración.

3. Los seres humanos han creado sólo una pequeña cantidad de antimateria.
Las aniquilaciones de materia- antimateria tienen el potencial de liberar una enorme cantidad de energía. Un gramo de antimateria podría producir una explosión del tamaño de una bomba nuclear, pero los seres humanos sólo hemos producido una cantidad minúscula de antimateria. Por ejemplo, todos los antiprotones creados en el acelerador de partículas Tevatron del Fermilab suman sólo 15 nanogramos (1 nanogramo es 1 gramo dividido mil millones de veces). Las antipartículas generadas por el CERN pesan aproximadamente 1 nanogramo. En DESY (Alemania), sólo se han producido hasta la fecha unos 2 nanogramos de positrones. Si toda la antimateria creada en alguna oportunidad por los seres humanos fuera aniquilada de una sola vez, la energía producida ni siquiera sería suficiente para hervir una taza de té. El problema radica en la eficiencia, el costo de la producción y el almacenamiento de la antimateria. Hacer 1 gramo de antimateria requeriría aproximadamente 25 mil billones (25.000.000.000.000.000) de kilovatios-hora de energía y con un costo de más de mil billones (1.000.000.000.000.000) de dólares.

4. Hay una cosa que se comporta como una trampa de antimateria.
Para estudiar la antimateria, es necesario evitar que se aniquile con la materia. Los científicos han creado formas de hacer precisamente eso. Partículas de antimateria cargadas tales como positrones y antiprotones pueden generarse en dispositivos llamados trampas de Penning, que son comparables a pequeñas aceleradores. En el interior, las partículas describen espirales alrededor de los campos magnéticos y eléctricos que les impiden chocar con las paredes de la trampa. Pero las trampas de Penning no funcionan con partículas neutras como el antihidrógeno, que como no tienen carga, no pueden ser confinadas por campos eléctricos.

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Cinturones de radiación de Van Allen [http://k37.kn3.net/taringa/2/2/3/5/5/4/7/jlpland/A35.jpg?9940

En cambio, el confinamiento se lleva a cabo en las trampas Ioffe, que funcionan mediante la creación de una región del espacio donde el campo magnético se hace más grande en todas las direcciones. La partícula se queda atascada en la zona donde el campo magnético es más débil, como un laminado de mármol alrededor de la parte inferior de un tazón. El campo magnético de la Tierra también puede actuar como una especie de trampa de antimateria y se han encontrado antiprotones en las zonas de la magnetosfera terrestre, llamadas cinturones de radiación de Van Allen.

5. La antimateria podría caer para arriba.
Partículas de antimateria y la materia tienen la misma masa, pero difieren en propiedades tales como la carga eléctrica y el espín (que es un giro intrínseco de la partícula, distinto de su giro orbital). El Modelo Estándar predice que la gravedad debe tener el mismo efecto sobre la materia y la antimateria y sin embargo, esto aún no se ha visto. Experimentos como AEGIS, ALPHA y GBAR están tratando de averiguarlo. Claro que bservar el efecto de la gravedad sobre la antimateria no es tan fácil como ver caer una manzana de un árbol. Primero, porque estos experimentos tienen que mantener la antimateria en una trampa o bien reducir la velocidad de enfriamiento hasta temperaturas justo por encima del cero absoluto. Y segundo, porque la gravedad es la más débil de las fuerzas fundamentales y los físicos deben utilizar partículas de antimateria neutras para evitar la interferencia de la fuerza eléctrica, que es más potente que la gravitatoria.

6. La antimateria se estudia en desaceleradores de partículas.
Usted ha oído hablar de los aceleradores de partículas, pero ¿sabía que también hay desaceleradores de partículas? El CERN tiene una máquina llamada desacelerador de antiprotones que básicamente es un anillo de almacenamiento que puede capturar y lentificar antiprotones para estudiar sus propiedades y comportamiento. En los aceleradores circulares de partículas como el Gran Colisionador de Hadrones, las partículas reciben una patada de energía cada vez que completan una rotación. En los desaceleradores las partículas reciben un saque hacia atrás para frenar su velocidad.

7. Los neutrinos podrían ser sus propias antipartículas.
Una partícula de materia y su socia de antimateria llevan cargas opuestas haciendo que sean fáciles de distinguir. Pero los neutrinos no tienen carga eléctrica y como son partículas casi sin masa, rara vez interactúan con la materia. Los científicos creen que pueden ser partículas de Majorana (una clase hipotética de partículas que son sus propias antipartículas). Proyectos como el Experimento de Majorana y el EXO-200 están dirigidos a determinar si los neutrinos son partículas de Majorana, mediante la búsqueda de un comportamiento llamado desintegración beta doble de neutrinos. Este proceso es como sigue: algunos núcleos radiactivos se desintegran de forma simultánea, con la liberación de dos electrones y dos neutrinos; si los neutrinos fueran sus propias antipartículas se aniquilarían entre sí y en consecuencia sólo se observarían los electrones. Encontrar neutrinos de Majorana podría ayudar a explicar por qué existe la asimetría entre antimateria-materia. Los físicos suponen que los neutrinos de Majorana pueden ser tanto pesados como ligeros. Los ligeros que existen hoy, y los pesados que sólo habrían existido justo después del Big Bang. Los pesados se habrían desintegrado de manera asimétrica dejando el pequeño exceso de materia que permitió que nuestro universo exista.

8. La antimateria se utiliza en la medicina.
La PET (Tomografía por emisión de positrones) utiliza positrones para producir imágenes del cuerpo de alta resolución. Los isótopos radiactivos emisores de positrones (como los que se encuentran en los plátanos) están unidos naturalmente a sustancias químicas como la glucosa que circula por el cuerpo. Son inyectados en el torrente sanguíneo, donde se descomponen liberando positrones que se acoplan a los electrones del cuerpo y se aniquilan. Las aniquilaciones producen rayos gamma que se captan en los aparatos médicos y se utilizan para construir imágenes. Científicos del proyecto ACE del CERN han considerado la antimateria como un candidato potencial para la terapia del cáncer. Los médicos ya han descubierto que pueden apuntar a tumores con haces de partículas que liberan su energía de forma segura sólo después de pasar a través del tejido sano. El uso de antiprotones añade una ráfaga extra de energía y la técnica, si bien deben realizarse estudios en células humanas, ha demostrados ser eficaz en células de hámster.

9. La antimateria que podría haber impedido nuestra existencia aún podría estar acechando en el espacio.
Una manera en que los científicos están tratando de resolver el problema de la asimetría entre antimateria y materia es buscando la antimateria dejada por el Big Bang. El Espectrómetro Magnético Alpha (AMS) es un detector de partículas que se apoya encima de la Estación Espacial Internacional en busca de estas partículas. AMS genera campos magnéticos que tuercen el camino de las partículas cósmicas (según su carga, para uno u otro lado) separando la materia de la antimateria. Sus detectores evaluan e identifican las partículas a medida que pasan a su través. Las colisiones de rayos cósmicos producen rutinariamente positrones y antiprotones, pero la probabilidad de crear un átomo de antihelio es extremadamente baja debido a la enorme cantidad de energía requerida. Esto significa que la observación de un solo núcleo de antihelio sería una fuerte evidencia de la existencia de una gran cantidad de antimateria en otra parte del universo.

10. La gente realmente está estudiando cómo alimentar una nave espacial con antimateria.
Sólo un poquito de antimateria puede producir una gran cantidad de energía, por lo que es un combustible popular para vehículos futuristas de la ciencia ficción. La propulsión de cohetes mediante antimateria es hipotéticamente posible, pero su mayor limitación es reunir suficiente antimateria para que esto ocurra. Actualmente no existe tecnología disponible para producirla en cantidad o para recogerla en el volumen necesario para esta aplicación. Sin embargo, un pequeño número de investigadores han llevado a cabo estudios de simulación sobre la propulsión y el almacenamiento. Estos incluyen a Ronan Keane y Wei-Ming Zhang, quienes hicieron sus trabajos en la Western Reserve Academy y en la Universidad Estatal de Kent, respectivamente, y Marc Weber y sus colegas de la Universidad Estatal de Washington. Estos estudios podrían ayudar a que los viajes interestelares propulsadas por antimateria se conviertan en una realidad, si algún día encontramos una manera de crear o recolectar grandes cantidades de antimateria.

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