Logran atrapar,
309 átomos
antihidrógeno, durante 1.000 segundos
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| antimateria |
Como es lógico,
la
capacidad energética de la antimateria, unida a lo exótico
de su concepto, la
ha convertido en un referente en obras futuristas o de
ciencia ficción, tanto
en combustibles como armamentos. Recientemente además se ha
especulado con el
peligro de los aceleradores de partículas como método de
generar antimateria,
por su posible robo con fines terroristas en el libro
Ángeles y demonios de Dan
Brown. Aunque probablemente la nave más popular que utiliza
antimateria como
combustible sea la Enterprise
de la saga Star Trek.
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| CERN |
El pasado mes de
noviembre, la revista Nature publicaba un sorprendente logro
científico que
parecía sacado de la película «Ángeles y Demonios», en la
que unos
avanzadísimos investigadores capturaban y almacenaban
antimateria. Algo así no
había sido posible en la vida real, hasta que un grupo
internacional de físicos
le quitó el apellido a la ciencia ficción. Por primera vez
en la historia, lograban
atrapar brevemente, en un tiempo que no duraba un suspiro,
38 átomos de
antihidrógeno en las instalaciones de la Organización
Europea
para la Investigación Nuclear (CERN), ubicadas en Ginebra
(Suiza).
Ahora, el mismo equipo ha dado un paso adelante y ha
confinado nada menos que
309 átomos, también de antihidrógeno, durante 1.000
segundos. Es decir, un
botín mayor durante más tiempo. Se trata de una cantidad aún
pequeña para, por
ejemplo, poner en marcha un electrodoméstico, pero aumenta
las posibilidades de
ampliar nuestros conocimientos sobre el origen y la
formación del Universo.
Pero que es la
antimateria,
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| Paul Dirac |
El desarrollo de
las
matemáticas a comienzos del siglo XX tuvo mucha influencia
en el descubrimiento
de la antimateria.
En el año 1928,
un joven
físico inglés Paul Dirac (1902-1984) formuló una ecuación
matemática que
combinaba los principios de la relatividad de Einstein con
los postulados de la
física cuántica de Niels Bohr.
Esta ecuación era
considerablemente árida y complicada. Pero cuando este genio
de las matemáticas
emprendió la tarea de explorar sistemáticamente las
consecuencias de su
ecuación, se encontró con una verdadera mina de
informaciones.
Una de estas
consecuencias
era que la existencia ya comprobada del electrón implicaba
la existencia de un
hermano gemelo, con características idénticas sólo que con
carga eléctrica
positiva. Le llamó anti-electron. Hoy se le llama también
positrón.
De su ecuación se
desprendía también que el encuentro de un electrón con un
anti-electrón hacía
que ambas partículas se aniquilaran mutuamente y que se
transformaran en
fotones.
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la antimateria es
algo real
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Actualmente está
comprobado que la antimateria es algo real. Todas las
partículas elementales
tienen una contraparte con la misma masa pero carga opuesta.
Cuando una
partícula choca contra su antipartícula, ambas se destruyen,
produciendo otras
partículas, por ejemplo fotones o rayos gamma.
Las unidades
elementales
de la materia son el protón, con carga eléctrica positiva;
el electrón, con
carga eléctrica negativa; y el neutrón, sin carga eléctrica.
Las unidades
elementales
de la antimateria son el antiprotón, con carga negativa; el
antielectrón,
llamado positrón, con carga positiva.
El protón está en
el
núcleo del átomo de la materia, y el antiprotón en el núcleo
del átomo de la
antimateria. El electrón es la partícula que orbita
alrededor del núcleo de la
materia, y el positrón es la que orbita alrededor del núcleo
de la antimateria.
Se barajan tres
posibilidades para explicar por qué la cantidad de materia
superó a la de
antimateria:
Las
investigaciones de
tres científicos japoneses (Yoichiro Nambu, Makoto Kobayashi
y Toshihide
Maskawa) confirmaron la teoría de que por cada 10.000
millones de partículas de
materia que surgió en el Big Bang, se produjeron 10.000
millones menos 1
partícula de antimateria. Esta diferencia de 1 a 10.000
millones fue la
causa de que la balanza se inclinara a favor del cosmos en
vez de a la nada.
Si no hubiera
sido así, si
en el momento del Big Bang hubiera habido igual número de
partículas de materia
y de antimateria, todo habría quedado reducido a una
gigantesca producción de
rayos gamma y de fotones, hoy no habría estrellas ni
galaxias ni nebulosas y
nosotros no existiríamos para estar pensando en estas cosas.
Las
investigaciones de
estos tres científicos empezaron en el año 1960, cuando
Yoichiro Nambu (Tokio,
1921) profesor en la Universidad de Chicago, formuló por
primera vez
la teoría de la ruptura espontánea de la simetría. Esta
ruptura de la simetría
implicaba a su vez la existencia de seis tipos de quarks.
Estas hipótesis, que
no pasaban de ser una teoría, se vieron confirmadas en el
año 2001, con los
resultados obtenidos en los aceleradores de partículas de
Stanford en USA y de
Tsukuba en Japón.
 |
| Sájarov |
Segunda
hipótesis,
sugerida en 1967 por el físico ruso Andréi Sájarov, postula
que las partículas
y las antipartículas no tienen propiedades simétricas
exactamente iguales.
Recientes
experimentos en
el acelerador KEK de Japón, sugieren que esto quizás sea
cierto, y que no fue
necesario ese pequeñísimo exceso de materia en el Big Bang,
porque simplemente
las leyes físicas que rigen el universo favorecen la
supervivencia de la
materia frente a la antimateria.
 |
| sonda fermi |
Una tercera
hipótesis
plantea que puede haber regiones del Universo compuestas de
antimateria. Hasta
la fecha no existe forma de distinguir a largas distancias
entre materia y
antimateria.
La NASA ha enviado una sonda al espacio para
buscar rastros de antimateria, que pudiesen indicar que
todavía existe
antimateria en el Universo. Sin embargo, hasta ahora, los
experimentos no han
detectado nada.
Hay varias
teorías acerca
de la antimateria:
La primera dice
que la
materia y antimateria existían por partes iguales en el
origen del Universo
pero que había un poco más de materia que de antimateria.
Por consiguiente, la
antimateria habría sido totalmente destruida por la
aniquilación y el Universo
actual estaría constituido por el residuo de materia
superviviente. |
| rayos Gamma |
Otra teoría dice
que en el
Universo existen cantidades iguales de materia y de
antimateria, obviamente, en
lugares muy lejanos entre ellos. Sin embargo, en los puntos
de encuentro, se
producirían grandes fenómenos de aniquilación. Unos rayos,
llamados rayos
Gamma, que se suelen observar en el Universo, podrían ser
efectos secundarios
de estas reacciones.
Es muy difícil investigar a través de observaciones astronómicas, ya que materia y antimateria ya producen emisiones electromagnéticas iguales.
Es muy difícil investigar a través de observaciones astronómicas, ya que materia y antimateria ya producen emisiones electromagnéticas iguales.
La ecuación de
Dirac,
formulada por Paul Dirac en 1928, predijo la existencia de
antipartículas
además de las partículas de materia ordinarias. Desde
entonces, se han ido
detectando experimentalmente muchas de dichas
antipartículas: Carl D. Anderson,
en el Caltech, descubrió el positrón en 1932.
Veintitrés
años después, en 1955,
Emilio Segrè y Owen Chamberlain, en la universidad de
Berkeley, el antiprotón y
antineutrón. |
| Acelerador Protón Sincrotrón |
Pero la primera
vez que se
pudo hablar propiamente de antimateria, es decir, de
"materia"
compuesta por antipartículas, fue en 1965, cuando dos
equipos consiguieron
crear un antideuterón, una antipartícula compuesta por un
antiprotón y un antineutrón.
La antipartícula fue lograda en el Acelerador Protón
Sincrotrón del CERN, a cargo
de Antonino Zichichi, y paralelamente por Leon Lederman, en
el acelerador AGS (Alternating
Gradient Synchrotron) del Laboratorio Nacional de
Brookhaven, en Nueva York.
 |
| el experimento PS210, |
En 1995, el CERN
anunció
la creación de nueve átomos de antihidrógeno en el
experimento PS210, liderado
por Walter Oelert y Mario Macri, y el Fermilab confirmó el
hecho, anunciando
poco después la creación a su vez de 100 átomos de
antihidrógeno.
F. J Hartmann, de
la Universidad Técnica
de Múnich, y un equipo de investigadores japoneses
informaron de la creación de
un átomo compuesto de materia y antimateria llamado helio
antiprotónico .
 |
| átomo antihidrogeno |
Este átomo constaba de dos protones, dos neutrones, un
electrón y un antiprotón
en lugar del segundo electrón. El átomo sobrevivió 15
millonésimas de segundo
El 17 de
noviembre 2010,
los científicos del CERN lograron crear 38 átomos de
antihidrógeno, pudiendo
preservarlos aproximadamente en un sexto de segundo (172ms).
Esto forma parte
del proyecto ALPHA que incluye físicos de la Universidad de
California, de la Universidad de Berkeley y del Lawrence
Berkeley
National Laboratory El equipo de científicos demostró que,
entre 10 millones de
antiprotones y 700 millones de positrones, se lograron
formar 38 átomos
estables de antihidrógeno, los cuales, duraron alrededor de
dos décimas de
segundo cada uno.
 |
| rayos gamma sonda fermi |
El 14 de
diciembre 2009,
científicos de la NASA
con la ayuda del telescopio espacial de rayos gamma Fermi,
descubrieron rayos
de antimateria producidos encima de tormentas eléctricas. El
fenómeno es
causado por ráfagas de rayos gamma terrestres (TGF)
generadas al interior de
las tormentas eléctricas y asociados directamente con los
relámpagos.
Las hipótesis
científicas
aceptadas afirman que en el origen del universo existían
materia y antimateria
en iguales proporciones. Pero la materia y la antimateria se
aniquilan
mutuamente, dando como resultado energía pura, y sin
embargo, el universo que observamos
está compuesto únicamente por materia. Se desconocen los
motivos por los que no
se han encontrado grandes estructuras de antimateria en el
universo. En física,
el proceso por el que la cantidad de materia superó a la de
antimateria se
denomina bariogénesis, y baraja tres posibilidades:
Pequeño exceso de
materia
tras el Big Bang: Especula con que la materia que forma
actualmente el universo
podría ser el resultado de una ligera asimetría en las
proporciones iniciales
de ambas. Se ha calculado que la diferencia inicial entre
materia y antimateria
debió ser tan insignificante como de una partícula más de
materia por cada diez
mil millones de parejas partícula-antipartícula.
 |
| acelerador KEK |
Asimetría CP: En
1967, Andréi
Sájarov postuló por primera vez que las partículas y las
antipartículas no
tenían propiedades exactamente iguales o simétricas; una
discusión denominada la Violación CP. Un
reciente experimento en el acelerador KEK de Japón sugiere
que esto quizás sea
cierto, y que por tanto no es necesario un exceso de materia
en el Big Bang:
simplemente las leyes físicas que rigen el universo
favorecen la supervivencia
de la materia frente a la antimateria.En este mismo sentido,
también se ha
sugerido que quizás la materia oscura sea la causante de la
bariogénesis al
interactuar de distinta forma con la materia que con la
antimateria.
 |
| la sonda AMS |
Existencia de
galaxias de
antimateria ligada por antigravedad: Muy pocos científicos
confían en esta
posibilidad, pero todavía no ha podido ser completamente
descartada. Esta
tercera opción plantea la hipótesis de que pueda haber
regiones del universo
compuestas de antimateria. Hasta la fecha no existe forma de
distinguir entre
materia y antimateria a largas distancias, pues su
comportamiento y propiedades
son indistinguibles. Existen argumentos para creer que esta
tercera opción es
muy improbable: la antimateria en forma de antipartículas se
crea
constantemente en el universo en las colisiones de
partículas de alta energía,
como por ejemplo con los rayos cósmicos. Sin embargo, éstos
son sucesos
demasiado aislados como para que estas antipartículas puedan
llegar a
encontrarse y combinarse. La NASA
ha enviado la sonda AMS (Alpha Magnetic Spectrometer) para
buscar rastros de
antimateria más compleja,que pudiesen indicar que todavía
existe antimateria en
el universo. Sin embargo los experimentos no han detectado
nada hasta la fecha.
El equipo del
CERN, en el
que participan investigadores de siete países diferentes, ha
conseguido ampliar
el anterior tiempo de captura (172 milisegundos) en siete
órdenes de magnitud,
de forma que confinaron la antimateria durante más de 1.000
segundos. Además,
atraparon cinco veces más atómos en cada intento.
La Organización
Europea
para la Investigación Nuclear (nombre oficial), comúnmente
conocida
por la sigla CERN (sigla provisional utilizada en 1952, que
respondía al nombre
en francés Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire,
es decir, Consejo Europeo para la Investigación Nuclear),
es el mayor laboratorio de investigación en física de
partículas a nivel
mundial.
Está situado en
la frontera
entre Francia y Suiza, entre la comuna de Meyrin (en el
Cantón de Ginebra) y la
comuna de Saint-Genis-Pouilly (en el departamento de Ain).
Como una
instalación
internacional, el CERN no está oficialmente ni bajo
jurisdicción suiza ni
francesa. Los estados miembros contribuyen conjunta y
anualmente con 1.000
millones de Francos Suizos CHF (aproximadamente € 664
millones, US$ 1.000
millones)
Fundado en 1954
por 12
países europeos, el CERN es hoy en día un modelo de
colaboración científica internacional
y uno de los centros de investigación más importantes en el
mundo. Actualmente
cuenta con 20 estados miembros, los cuales comparten la
financiación y la toma
de decisiones en la organización. Aparte de éstos, otros 28
países no miembros
participan con científicos de 220 institutos y universidades
en proyectos en el
CERN utilizando sus instalaciones. De estos países no
miembros, ocho estados y
organizaciones tienen calidad de observadoras, participando
en las reuniones
del consejo.
 |
| Rubbia y Van der meer |
El primer gran
éxito
científico del CERN se produjo en 1984 cuando Carlo Rubbia y
Simon van der Meer
obtuvieron el Premio Nobel de Física por el descubrimiento
de los bosones W y
Z. En 1992 le tocó el turno a Georges Charpak "por la
invención y el
desarrollo de detectores de partículas, en particular la
cámara proporcional
multihilos"
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