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04/07/2020
Antimateria: verdades y mitos
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Entrevistas y Noticias 
Antimateria: la fascinante verdad
Conociendo las verdades sobre la antimateria
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La antimateria se refiere a partículas subatómicas que tienen propiedades opuestas a las de las partículas normales.

La antimateria es la materia de que se compone mucha de la ciencia ficción. En el libro y película Ángeles y Demonios de Dan Brown, el profesor Langdon trata de salvar a la Ciudad del Vaticano de una bomba de antimateria. La nave Enterprise de Star Trek utiliza la propulsión por aniquilación materia-antimateria para emprender un viaje más rápido que la luz.

Sin embargo, la antimateria es también la materia de la realidad. Las partículas de antimateria son casi idénticas a sus homólogos de materia excepto que poseen tanto carga opuesta como espín. Cuando la antimateria se une con la materia, ambas se aniquilan inmediatamente formando energía.

Mientras que las bombas de antimateria y las naves espaciales de propulsión de antimateria son, por el momento en apariencia descabelladas, todavía hay muchos mitos acerca de la antimateria.

1.- La antimateria debería haber aniquilado toda la materia en el universo después del Big Bang.

Según la teoría, el Big Bang debería haber creado la materia y antimateria en cantidades iguales. Cuando la materia y la antimateria se encuentran, se aniquilan, dejando nada más que energía detrás. Por lo tanto, en principio, no debería existir la raza humana.

Todo lo contrario. Según los físicos, esto es sólo porque, al final, hubo una partícula de materia extra por cada mil millones de pares de materia-antimateria. Los físicos están trabajando duro tratando de explicar esta asimetría.

2.- Difícilmente la antimateria estaría cerca de uno.

Pequeñas cantidades de antimateria constantemente llueven sobre la Tierra en forma de rayos cósmicos, las partículas energéticas del espacio. Estas partículas de antimateria llegan a nuestra atmósfera a una velocidad que oscila desde menos de una por metro cuadrado a más de 100 por metro cuadrado. Los científicos también han visto pruebas de la producción de antimateria por encima de las tormentas eléctricas.

Sin embargo, otras fuentes de antimateria están aún más cerca de casa. Por ejemplo, los plátanos producen antimateria, liberando un positrón -el equivalente de antimateria de un electrón- aproximadamente cada 75 minutos. Esto ocurre porque los plátanos contienen una pequeña cantidad de potasio 40, un isótopo natural del potasio. Cuando el potasio 40 se desintegra, de vez en cuando escupe un positrón en el proceso.

El cuerpo también contiene potasio 40, lo que significa que se están emitiendo positrones de las personas y animales. La antimateria se aniquila inmediatamente al contacto con la materia, por lo que estas partículas de antimateria son de muy corta duración.

3.- Los seres humanos jamás han creado 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. Sin embargo, los seres humanos sí han producido antimateria, aunque sólo en una cantidad minúscula.

Todos los antiprotones creados en el acelerador de partículas Tevatron del Fermilab suman sólo 15 nanogramos. Los creados en el CERN rondan la cantidad de alrededor de 1 nanogramo. En DESY, en Alemania, se han producido hasta la fecha aproximadamente 2 nanogramos de positrones.

Si toda la antimateria creada por los seres humanos fueran aniquiladas al mismo tiempo, la energía producida ni siquiera sería suficiente para hervir una taza de té.

El problema radica en la eficiencia y el costo de la producción y el almacenamiento de la antimateria. Hacer 1 gramo de antimateria requeriría aproximadamente 25 millones de millones de kilovatios-hora de energía y el costo sería de más de mil millones de dólares.

4.- Aún si existiera la antimateria, no habría recipiente que la contenga.

Para estudiar la antimateria, es necesario evitar que se aniquile al contacto con la materia. En el libro de Dan Brown Ángeles y Demonios se menciona sobre un contenedor especial para antimateria. En la vida real, los científicos han creado las maneras de contener la antimateria.

Las partículas de antimateria cargadas, tales como positrones y antiprotones, pueden guardarse en dispositivos llamados trampas de Penning-Malmberg. Estos son comparables a pequeños aceleradores. En el interior, las partículas se mueven en espiral mientras los campos magnéticos y eléctricos les impiden chocar con las paredes de la trampa.

Pero las trampas de Penning-Malmberg no funcionarán con partículas neutras tales como el anti-hidrógeno. Debido a que no tienen carga, estas partículas no pueden ser confinadas por campos eléctricos. En su lugar, se guardan en las trampas de 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 con el campo magnético más débil, al igual que una canica gira alrededor de la parte inferior de un recipiente.

El campo magnético de la Tierra también actúa como una especie de trampa de antimateria. Se han encontrado antiprotones en zonas alrededor de la Tierra llamadas cinturones de radiación de Van Allen.

5.- La fuerza de gravedad rige tanto la materia así como la antimateria.

Las partículas de antimateria y materia tienen la misma masa, pero difieren en propiedades tales como carga eléctrica y espín. El modelo estándar predice que la gravedad debe tener el mismo efecto sobre la materia y la antimateria; sin embargo, esto aún no se ha visto. Experimentos como AEGIS, ALPHA y GBAR están trabajando duro tratando de averiguarlo.

Observar el efecto de la gravedad sobre la antimateria no es tan fácil como ver caer una manzana de un árbol. Estos experimentos necesitan mantener la antimateria dentro de una trampa o reducir su velocidad por enfriamiento a temperaturas justo por encima del cero absoluto. Y debido a que la gravedad es la más débil de las fuerzas fundamentales, los físicos deben utilizar partículas de antimateria neutrales en estos experimentos para impedir la interferencia de la poderosa fuerza eléctrica.

6.- La antimateria no se puede estudiar en laboratorios normales.

Existen los aceleradores de partículas, pero pocos saben que también existen desaceleradores de partículas. El CERN alberga una máquina llamada Desacelerador de Antiprotones, un anillo de almacenamiento que puede capturar antiprotones y volverlos más lentos con fin de estudiar sus propiedades y comportamiento.

En los aceleradores de partículas circulares como el Gran Colisionador de Hadrones, las partículas reciben energía cada vez que completan una rotación. Los desaceleradores funcionan a la inversa; en lugar de un impulso de energía, las partículas reciben un tiro hacia atrás para frenar su velocidad.

7.- Los neutrinos no pueden ser sus propias antipartículas.

Ambas partículas, de materia y antimateria, llevan cargas opuestas, haciendo que sean fáciles de distinguir. Los neutrinos, partículas casi sin masa que rara vez interactúan con la materia ya que no tienen carga. Los científicos creen que el neutrino puede ser una partícula de Majorana, también conocida como fermión de Majorana, llamado así por Ettore Majorana, quien en 1937 declaró su existencia pero no le fue posible su demostración. Las partículas de Majorana son una clase hipotética de partículas que son sus propias antipartículas. Proyectos como el Demostrador Majorana y el EXO-200 están dirigidos a determinar si los neutrinos son partículas de Majorana mediante la búsqueda de un comportamiento llamado doble desintegración beta sin neutrinos.

Algunos núcleos radiactivos se desintegran al mismo tiempo, liberando dos electrones y dos neutrinos. Si los neutrinos son sus propias antipartículas, ellos se aniquilarían entre sí como consecuencia de la doble desintegración, y los científicos observarán sólo los electrones.

El encontrar los neutrinos de Majorana podría ayudar a explicar por qué existe la asimetría materia-antimateria. Los físicos crearon la hipótesis de que los neutrinos de Majorana bien pueden ser pesados o ligeros. Existen los ligeros hoy, pero los pesados ​​sólo habrían existido justo después del big bang. Estos neutrinos pesados de Majorana ​​se habrían descompuesto de forma asimétrica, lo que lleva al exceso de pequeña materia que permitió existir a nuestro universo.

8.- La antimateria no tiene utilidad inmediata para los humanos.

En medicina, la tomografía por emisión de positrones utiliza positrones para producir imágenes de alta resolución del cuerpo humano. Los isótopos radiactivos emisores de positrones (como los encontrados en los plátanos) están asociados a sustancias químicas, como la glucosa, que se utilizan de forma natural por el cuerpo. Estos se inyectan en el torrente sanguíneo, en donde se descomponen de manera natural, liberando positrones que se encuentran con electrones en el cuerpo y se aniquilan. Las aniquilaciones producen rayos gamma que se utilizan para construir imágenes.

Los científicos en el proyecto ACE del CERN han estudiado la antimateria como un candidato potencial para la terapia contra el cáncer. Los médicos ya han descubierto que pueden dirigirse a los tumores con haces de partículas que liberan su energía de forma segura sólo después de pasar por el tejido sano. El uso de antiprotones añade una cantidad extra de energía. La técnica fue encontrada eficaz en células de hámster, pero los investigadores todavía tienen que realizar estudios en células humanas.

9.- La antimateria que debería haber impedido nuestra existencia ya no puede estar en el espacio.

Una manera en que los científicos están tratando de resolver el problema de la asimetría de la materia y la antimateria es mediante la búsqueda de la antimateria sobrante del Big Bang.

El Espectrómetro Magnético Alfa (EMA) es un detector de partículas que se haya encima de la Estación Espacial Internacional en busca de estas partículas. El EMA contiene campos magnéticos que doblan el camino de las partículas cósmicas para separar a la materia de la antimateria. Sus detectores evalúan e identifican las partículas a medida que pasan.

Las colisiones de rayos cósmicos producen de manera rutinaria positrones y antiprotones, pero la probabilidad de crear un átomo de antihelio es extremadamente baja debido a la enorme cantidad de energía que requeriría. Esto significa que la observación de incluso un solo núcleo de antihelio sería una fuerte evidencia de la existencia de una gran cantidad de antimateria en algún otro lugar del universo.

10.- La propulsión de naves espaciales con la antimateria pertenece al reino de la ficción.

Sólo un puñado de antimateria puede producir una gran cantidad de energía, por lo que es un combustible popular para vehículos futuristas en la ciencia ficción.

La propulsión de cohetes por antimateria es hipotéticamente posible; la limitación principal es reunir suficiente antimateria para que esto ocurra.

Actualmente no existe la tecnología disponible para producir antimateria en masa o 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 Ronan Keane y Wei-Ming Zhang, quien hicieron su trabajo en la Academia Western Reserve y en la Universidad Estatal de Kent, respectivamente, y Marc Weber y sus colegas de la Universidad Estatal de Washington. Un día, si podemos encontrar una manera de crear o recoger grandes cantidades de antimateria, sus estudios podrían ayudar a que los viajes interestelares propulsados por antimateria se conviertan en una realidad.

Imagen de cabecera: es.m.wikipedia.org (Lic. Creative Commons 3.0)

Artículo relacionado: ¿Qué es la antimateria?

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