La antimateria ha sido durante mucho tiempo tema de ciencia ficción. En el libro y la película, Ángeles y demonios, el profesor Langdon intenta salvar al Vaticano de una bomba de antimateria. La nave espacial Enterprise de Star Trek utiliza un motor de antimateria aniquilador para viajar más rápido que la velocidad de la luz. Pero la antimateria también es un objeto de nuestra realidad. Las partículas de antimateria son prácticamente idénticas a sus compañeros materiales, excepto que tienen carga y giro opuestos. Cuando la antimateria se encuentra con la materia, instantáneamente se aniquilan en energía, y esto ya no es ficción.
Aunque las bombas de antimateria y los barcos basados en el mismo combustible aún no son posibles en la práctica, existen muchos datos sobre la antimateria que te sorprenderán o te permitirán refrescar la memoria de lo que ya sabías.
1. Se suponía que la antimateria destruiría toda la materia del universo después del Big Bang
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Según la teoría, el Big Bang dio origen a materia y antimateria en cantidades iguales. Cuando se encuentran, hay aniquilación mutua, aniquilación y solo queda energía pura. Basado en esto, no deberíamos existir.
Pero existimos. Y hasta donde saben los físicos, esto se debe a que por cada mil millones de pares de materia-antimateria, había una partícula extra de materia. Los físicos están haciendo todo lo posible para explicar esta asimetría.
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2. La antimateria está más cerca de ti de lo que crees
Pequeñas cantidades de antimateria llueven constantemente sobre la Tierra en forma de rayos cósmicos, partículas de energía del espacio. Estas partículas de antimateria llegan a nuestra atmósfera en niveles que van desde uno hasta más de cien por metro cuadrado. Los científicos también tienen evidencia de que la antimateria se genera durante una tormenta eléctrica.
Hay otras fuentes de antimateria que están más cerca de nosotros. Los plátanos, por ejemplo, producen antimateria al emitir un positrón, el equivalente en antimateria de un electrón, aproximadamente una vez cada 75 minutos. Esto se debe a que los plátanos contienen pequeñas cantidades de potasio-40, un isótopo de potasio natural. Cuando el potasio-40 decae, a veces nace un positrón.
Nuestros cuerpos también contienen potasio-40, lo que significa que también emites positrones. La antimateria se aniquila instantáneamente al entrar en contacto con la materia, por lo que estas partículas de antimateria no duran mucho.
3. Los humanos lograron crear muy poca antimateria
La aniquilación de la antimateria y la materia tiene el potencial de liberar enormes cantidades de energía. Un gramo de antimateria puede producir una explosión del tamaño de una bomba nuclear. Sin embargo, los humanos no han producido mucha antimateria, por lo que no hay nada que temer.
Todos los antiprotones creados en el acelerador de partículas Tevatron en Fermi Laboratories pesarán apenas 15 nanogramos. El CERN ha producido solo alrededor de 1 nanogramo hasta la fecha. En DESY en Alemania, no más de 2 nanogramos de positrones.
Si toda la antimateria creada por los humanos se aniquila instantáneamente, su energía ni siquiera será suficiente para hervir una taza de té.
El problema radica en la eficiencia y el costo de producir y almacenar antimateria. La creación de 1 gramo de antimateria requiere alrededor de 25 millones de billones de kilovatios-hora de energía y cuesta más de un millón de billones de dólares. Como era de esperar, la antimateria a veces se incluye como una de las diez sustancias más caras de nuestro mundo.
4. Existe una trampa de antimateria
Para estudiar la antimateria, debes evitar que se aniquile con la materia. Los científicos han encontrado varias formas de hacer esto.
Las partículas de antimateria cargadas como positrones y antiprotones pueden almacenarse en las llamadas trampas de Penning. Son como pequeños aceleradores de partículas. En su interior, las partículas se mueven en espiral mientras que los campos magnéticos y eléctricos evitan que choquen con las paredes de la trampa.
Sin embargo, las trampas de Penning no funcionan para partículas neutras como el antihidrógeno. Como no tienen carga, estas partículas no pueden confinarse a campos eléctricos. Están atrapados en las trampas de Ioffe, que funcionan creando un área de espacio donde el campo magnético se vuelve más grande en todas las direcciones. Las partículas de antimateria se atascan en el área con el campo magnético más débil.
El campo magnético de la Tierra puede actuar como trampas para la antimateria. Se encontraron antiprotones en ciertas zonas alrededor de la Tierra: los cinturones de radiación de Van Allen.
5. La antimateria puede caer (en el sentido literal de la palabra)
Las partículas de materia y antimateria tienen la misma masa, pero difieren en propiedades como la carga eléctrica y el giro. El Modelo Estándar predice que la gravedad debería actuar por igual sobre la materia y la antimateria, pero esto está por verse con seguridad. Experimentos como AEGIS, ALPHA y GBAR están trabajando en esto.
Observar el efecto gravitacional en el ejemplo de la antimateria no es tan fácil como mirar una manzana que cae de un árbol. Estos experimentos requieren atrapar la antimateria o ralentizarla enfriándola a temperaturas justo por encima del cero absoluto. Y dado que la gravedad es la más débil de las fuerzas fundamentales, los físicos deben usar partículas de antimateria neutrales en estos experimentos para evitar la interacción con la fuerza más poderosa de la electricidad.
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6. La antimateria se estudia en moderadores de partículas
¿Ha oído hablar de aceleradores de partículas y ha oído hablar de ralentizadores de partículas? En el CERN, hay una máquina llamada Antiproton Decelerator, en la que los antiprotones se capturan y ralentizan para estudiar sus propiedades y comportamiento.
En los aceleradores de partículas de anillo como el Gran Colisionador de Hadrones, las partículas reciben un impulso energético cada vez que completan un círculo. Los retardadores funcionan al revés: en lugar de acelerar las partículas, se empujan en la dirección opuesta.
7. Los neutrinos pueden ser sus propias antipartículas
Una partícula de materia y su compañero antimaterial llevan cargas opuestas, lo que facilita la distinción entre ellas. Los neutrinos, partículas casi sin masa que rara vez interactúan con la materia, no tienen carga. Los científicos creen que pueden ser partículas de Majorana, una clase hipotética de partículas que son sus propias antipartículas.
Proyectos como el Majorana Demonstrator y el EXO-200 tienen como objetivo determinar si los neutrinos son realmente partículas de Majorana mediante la observación del comportamiento de lo que se conoce como desintegración beta doble sin neutrinos.
Algunos núcleos radiactivos se desintegran simultáneamente, emitiendo dos electrones y dos neutrinos. Si los neutrinos fueran sus propias antipartículas, se aniquilarían después de una doble desintegración y los científicos solo tendrían que observar los electrones.
La búsqueda de neutrinos de Majorana puede ayudar a explicar por qué existe la asimetría materia-antimateria. Los físicos sugieren que los neutrinos de Majorana pueden ser pesados o ligeros. Los pulmones existen en nuestro tiempo, y los pesados existieron inmediatamente después del Big Bang. Los neutrinos pesados de Majorana se desintegraron asimétricamente, lo que provocó la aparición de una pequeña cantidad de materia que llenó nuestro universo.
8. La antimateria se usa en medicina
PET, PET (Topografía de emisión de positrones) utiliza positrones para producir imágenes corporales de alta resolución. Los isótopos radiactivos emisores de positrones (como los que encontramos en los plátanos) se adhieren a sustancias químicas como la glucosa en el cuerpo. Se inyectan en el torrente sanguíneo donde se descomponen naturalmente, emitiendo positrones. Estos, a su vez, se encuentran con los electrones del cuerpo y se aniquilan. La aniquilación produce rayos gamma que se utilizan para construir una imagen.
Los científicos del proyecto ACE del CERN están estudiando la antimateria como un candidato potencial para el tratamiento del cáncer. Los médicos ya han descubierto que pueden dirigir haces de partículas a los tumores, emitiendo su energía solo después de que atraviesan de manera segura el tejido sano. El uso de antiprotones agregará una explosión adicional de energía. Se ha demostrado que esta técnica es eficaz en el tratamiento de hámsteres, pero aún no se ha probado en humanos.
9. La antimateria puede acechar en el espacio
Una de las formas en que los científicos están tratando de resolver el problema de la asimetría entre materia y antimateria es buscando antimateria sobrante del Big Bang.
El Espectrómetro Magnético Alfa (AMS) es un detector de partículas ubicado en la Estación Espacial Internacional y busca dichas partículas. AMS contiene campos magnéticos que desvían el camino de las partículas cósmicas y separan la materia de la antimateria. Sus detectores deben detectar e identificar las partículas a medida que pasan.
Las colisiones de rayos cósmicos suelen producir positrones y antiprotones, pero las posibilidades de crear un átomo de antihelio siguen siendo extremadamente pequeñas debido a la enorme cantidad de energía que requiere este proceso. Esto significa que la observación de al menos un nucleolo de antihelio sería una prueba poderosa de la existencia de cantidades gigantescas de antimateria en otras partes del universo.
10. La gente realmente aprende a equipar las naves espaciales con combustible de antimateria, Muy poca antimateria puede generar cantidades masivas de energía, lo que la convierte en un combustible popular para los barcos de ciencia ficción futuristas.
La propulsión de cohetes de antimateria es hipotéticamente posible; la principal limitación es recolectar suficiente antimateria para que esto suceda.
Aún no existen tecnologías para la producción en masa o la recolección de antimateria en las cantidades requeridas para tal aplicación. Sin embargo, los científicos están trabajando para imitar tal movimiento y almacenamiento de esta misma antimateria. Un día, si podemos encontrar una manera de producir grandes cantidades de antimateria, su investigación podría ayudar a que los viajes interestelares se hagan realidad.
Basado en materiales de symmetrymagazine.org
ILYA KHEL
