“I think that the discovery of antimatter was perhaps the biggest jump
of all the big jumps in physics in our century. “
Werner Heisenberg
Héctor Rago
El mundo que nos rodea, planetas, estrellas, galaxias, y nosotros mismos, estamos hechos de la misma materia: electrones, protones, neutrones y unas pocas más. Menos conocido es que las leyes de la física permiten una forma diferente de materia, conocida con el nombre de antimateria.
En el siglo pasado, el físico inglés Paul Dirac propuso una ecuación que conciliaba las leyes de la mecánica cuántica, que explican el mundo de lo muy pequeño, con la relatividad especial, la teoría válida para altas velocidades. Al resolver la ecuación obtuvo una respuesta inesperada: debía existir una partícula idéntica al electrón pero de carga eléctrica opuesta. A esa partícula se le llamó positrón.
Cuatro años más tarde, el positrón fue descubierto experimentalmente. La predicción de Dirac era correcta: existe realmente la antimateria. El antiprotón, la antipartícula correspondiente al protón fue detectada unas dos décadas después.
Hoy sabemos que hay en la naturaleza una simetría fundamental materia/antimateria: a cada tipo de partícula elemental le corresponde su respectiva antipartícula. Todas estas antipartículas han sido detectadas en los aceleradores. En el año 1995 se logró producir experimentalmente átomos de anti-hidrógeno.
Las antipartículas llegan a la Tierra en los rayos cósmicos a las capas superiores de la atmósfera. Pero hasta el habitual banano o cambur emite en promedio un anti-electrón, es decir, un positrón cada 75 minutos, porque posee potasio-40, un elemento que decae emitiendo esa antipartícula. Nuestro propio cuerpo contiene potasio-40 de modo que emitimos positrones también.
Si una partícula choca con su antipartícula, se aniquilan mutuamente produciendo radiación de alta energía. Un gramo de materia en contacto con un gramo de antimateria producirían una explosión equivalente a la de una bomba nuclear, sin embargo la antimateria producida por los científicos en los aceleradores, es tan poca, que en contacto con la materia, la energía alcanzaría apenas para calentar el agua para un café.
La antimateria ha conseguido aplicaciones terapéuticas en medicina mediante la tomografía por emisión de positrones. Y muchos piensan que la energía de la desintegración de la materia con la antimateria, será el combustible del futuro.
¿Por qué no hay ninguna evidencia de que exista antimateria a gran escala, como antiplanetas o antigalaxias? ¿Por qué esa preferencia del universo por la materia?
La física no conoce bien la respuesta, pero la solución de este enigma estaría en lo ocurrido durante los primerísimos instantes después del big bang.
En efecto, a la naturaleza le gustan las simetrías, pero también le gusta romperlas: el universo habría tenido en su comienzo cantidades iguales de materia y de antimateria, pero una pequeñísima asimetría de apenas una parte en mil millones, hizo que toda la antimateria y casi toda la materia, se aniquilaran, y quedara sólo radiación y la materia hoy existentes en el universo. Los científicos trabajan arduamente para explicar esta asimetría.
Los físicos tienen la esperanza de que en sus más recientes teorías del mundo subatómico, se encuentren las claves para comprender mejor las predilecciones de nuestro universo.
Héctor Rago
Excelente
Profesor Luis, digamos que en un espacio determinado como una esfera, está un átomo: electrones protones y neutrones, ahí mismo dentro del átomo está la antimateria?
Gracias
Diría que casi, porque si en ese volumen que tu comentas tenemos materia y antimateria, rápidamente se encuentran y se aniquilan. La antimateria es muy “inestable” porque hay más materia que antimateria (y no sabemos por qué) y al encontrarse ambas se convierten en radiación.
Si en un espacio esferoidal, de dimensiones mayores a las de las mayores distancias atómicas conocidas, existen electrones, protones y neutrones de forma LIBRE obviamente no existe el átomo como tal.
El átomo es algo más que la suma delas partículas que lo pueden formar. Para que exista oficialmente el átomo, sea de materia o de antimateria, estas partículas mencionadas (protones, antiprotones, neutrones o antineutrinos, antiquarks, electrones, positrones) deberían estar estructuralmente en forma de átomo y pertenecer a la misma especie. O sea, tener un núcleo, atómico, v.l.r, y una nube probabilística en donde cada partícula este en el lugar que le corresponde.
Si es un átomo de antimateria sería un núcleo de antimateria (antiprotones y antineutrinos) y una nube de antimateria también (positrones).
Si es un átomo de materia sería un núcleo de materia (protones y neutrinos) y una nube de materia también (electrones).
Desde esa perspectiva, es muy improbable que dentro de un átomo de materia, tal cómo se formula la pregunta, haya antimateria de forma estable.
Igualmente, dentro de un átomo de antimateria es improbable, en iguales condiciones, que haya materia.
Vamos a otro escenario: Supongamos que dentro de esa esfera, no haya sino un átomo de materia (núcleo de protones y neutrones y una nube de electrones) , y la esfera no esté siendo radiada, es decir no está sometida a ninguna presencia de fotones de manera que es un espacio teórico con un silencio, supongamos fotónico, total. Allí obviamente tampoco habrá antimateria.
Vamos al siguiente escenario: La esfera anterior está siendo bombardeada constantemente por una fuente de fotones. Existe una probabilidad x de que se forme antimateria dentro de la esfera dada la probabilidad de que dos fotones colisionen y la produzcan.
Ahora tenemos, luego de la hipotética colisión, por ejemplo, un anti electrón que obviamente tratara de aniquilar a uno de sus electrones pares para lo cual buscará al átomo que anda por allí y supongo que aniquilara al primero que encuentre, que pudiera ser un electrón de los más externos: si ello, como se esperaría ocurre, de dicha colisión (partícula- antipartícula) positrón –electrón, se emitirá o emitirán fotones.
El átomo quedará con un electrón menos y el espacio esferoidal se quedaría sin su positrón y el átomo sin un electrón pero emitirá fotones ..
Lo entendí bien, mi querido profesor?
Profe, se me ocurre una travesura: Si se tiene dentro de un espacio cerrado y acotado una sopa de partículas de materia y de antimateria, susceptibles todas por fuera de colisionar, hay alguna probabilidad de que mediante dicho colisionador de partículas hipotético, un antiprotón (-) colisione con un positrón (+) y salga de dicha colisión un tipo de partícula distinto a ambos y unos fotones de compensación de la ecuación energética? O sería más probable de ocurrir que salga un átomo de anti hidrogeno?
Quien no entendió bien lo que escribiste, fui yo… 😉
Abrazos