Te explicamos qué es la antimateria, cómo fue descubierta, sus propiedades, diferencias con la materia y dónde se encuentra.
¿Qué es la antimateria?
En la física de partículas, se conoce como antimateria al tipo de materia constituida por antipartículas, en lugar de partículas ordinarias. Es un tipo menos frecuente de materia.
La antimateria es muy parecida a la materia común, la única diferencia está en la carga eléctrica de las partículas y en algunos números cuánticos. Así, un antielectrón, también llamado positrón, es la antipartícula del electrón, que tiene sus mismas propiedades excepto la carga que es positiva. Los antineutrones, por su parte, son neutros (como los neutrones) pero sus momentos magnéticos son opuestos. Finalmente, los antiprotones se diferencian de los protones en que tienen carga negativa.
Al interactuar, la antimateria y la materia se aniquilan mutuamente tras unos pocos instantes, liberando enormes cantidades de energía en forma de fotones de alta energía (rayos gamma) y otros pares de partículas elementales partícula-antipartícula.
En los estudios de física se distingue entre partículas y antipartículas empleando una barra horizontal (macrón) sobre los símbolos correspondientes al protón (p), electrón (e) y neutrón (n).
Los átomos formados por antipartículas no existen naturalmente en la naturaleza porque se aniquilarían con la materia ordinaria. Tan solo una muy pequeña cantidad ha sido exitosamente creada en experimentos destinados a la formación de anti-átomos.
Ver además: Modelos atómicos
Descubrimiento de la antimateria
La existencia de la antimateria fue teorizada en 1928 por el físico inglés Paul Dirac (1902-1984) cuando se propuso formular una ecuación matemática que combinara los principios de la relatividad de Albert Einstein y los de la física cuántica de Niels Bohr.
Este arduo trabajo teórico fue resuelto con éxito y de allí se obtuvo la conclusión de que tenía que existir una partícula análoga al electrón pero de carga eléctrica positiva. A esta primera antipartícula se la llamó antielectrón y se sabe hoy en día que su encuentro con un electrón ordinario conduce al aniquilamiento mutuo y a la generación de fotones (rayos gamma).
Por ende, era posible pensar en la existencia de antiprotones y antineutrones. La Teoría de Dirac se confirmó en 1932, cuando se descubrieron positrones en la interacción entre los rayos cósmicos y la materia ordinaria.
Desde entonces se ha observado el aniquilamiento mutuo de un electrón y un antielectrón. Su encuentro constituye un sistema conocido como positronium, de vida media nunca superior a los 10-10 o 10-7 segundos.
Posteriormente, en el acelerador de partículas de Berkeley (California, 1955) se logró producir antiprotones y antineutrones mediante colisiones atómicas de alta energía, siguiendo la fórmula de Einstein de E = m.c2 (energía es igual a masa por la velocidad de la luz al cuadrado).
De un modo semejante, en 1995 se obtuvo el primer antiátomo gracias a la Organización Europea de Investigación Nuclear (CERN). Estos físicos europeos lograron crear un átomo de antimateria de hidrógeno o antihidrógeno, constituido por un positrón orbitando un antiprotón.
Propiedades de la antimateria
Las investigaciones recientes en torno a la antimateria sugieren que se trata de una materia tan estable como la ordinaria. Sin embargo, sus propiedades electromagnéticas son inversas a las de la materia.
No fue sencillo estudiarla en profundidad, dados los enormes costos monetarios que significa su producción en un laboratorio (unos USD 62.500 millones por miligramo creado) y su brevísimo tiempo de duración.
El caso más exitoso de creación de antimateria en laboratorio tuvo alrededor de 16 minutos de duración. Aún así, estas experiencias recientes han permitido intuir que la materia y la antimateria podrían no tener las mismas exactas propiedades.
¿Dónde se encuentra la antimateria?
Este es uno de los misterios de la antimateria, para el cual existen muchas posibles explicaciones. La mayoría de las teorías sobre el origen del universo aceptan que en un principio existieron proporciones semejantes de materia y antimateria.
Sin embargo, en la actualidad el universo observable parece estar compuesto únicamente de materia ordinaria. Las posibles explicaciones para este cambio apuntan a las interacciones de materia y antimateria con la materia oscura, o a una asimetría inicial entre la cantidad de materia y de antimateria producida durante el Big Bang.
Lo que sí sabemos es que en los Anillos de Van Allen de nuestro planeta se llevan a cabo producciones naturales de antipartículas. Estos anillos se encuentran a unos dos mil kilómetros de la superficie y reaccionan de esta manera cuando los rayos gamma impactan contra la atmósfera exterior.
Esta antimateria tiende a agruparse, dado que no existe en esa región materia ordinaria suficiente para aniquilarse, y algunos científicos piensan que dicho recurso podría aprovecharse para “extraer” antimateria.
¿Para qué sirve la antimateria?
La antimateria aún no posee demasiados usos prácticos en las industrias humanas, debido a sus altísimos costos y a la exigente tecnología que implica su producción y manejo. Sin embargo, ciertas aplicaciones son ya una realidad.
Por ejemplo, se realizan tomografías por emisión de positrones (PET), lo cual ha sugerido que el uso de antiprotones en el tratamiento del cáncer es posible y quizá más efectivo que las técnicas actuales con protones (radioterapias).
Sin embargo, la principal aplicación de la antimateria es como fuente de energía. Según las ecuaciones de Einstein, la aniquilación de materia y antimateria libera tanta energía que un kilo de materia/antimateria aniquilándose sería diez mil millones de veces más productiva que cualquier reacción química y diez mil veces más que la fisión nuclear.
Si se logra controlar y aprovechar estas reacciones, se modificarían todas las industrias e incluso el transporte. Por ejemplo, con diez miligramos de antimateria podría impulsarse una nave espacial hasta Marte.
Sigue con: Origen de la materia
Referencias
- “Antimateria” en Wikipedia.
- “¿Qué es la antimateria?” en ABC Ciencia.
- “La antimateria” en El Universo y el Hombre.
- “Antimatter” en CERN Accelerating Science.
- “Antimatter” en IOP Institute of Physics.
- “Antimatter (Physics)” en The Encyclopaedia Britannica.
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