Antimateria

Hoy he decidido escribir sobre física, de la antimateria para ser exactos.Esto lo enlazo un poco con la entrada anterior, ya que el cuadro en parte esta inspirado por este tema. Espero que os interese.

Como su nombre indica, el concepto de antimateria hace referencia a una materia compuesta por antiátomos. Es decir, si los átomos están compuestos por   electrones, protones y neutrones; los antiátomos están compuestos por antielectrones, antiprotones y el inexplicable antineutrón . Las partículas y las antipartículas son iguales, pero tienen cargas eléctricas opuesta. Esta peculiaridad, aunque pueda parecer pequeña, es fundamental.

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.

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. La antimateria podría usarse como combustible de naves espaciales.

El antielectrón es tan estable como el electrón. Es idéntico al electrón en todas las propiedades fundamentales (masa, espín), excepto en su carga eléctrica.

El tiempo de su existencia podría ser indefinido. Pero, cuando el antielectrón se encuentra con un electrón, el tiempo medio de la existencia de ambos baja a una millonésima de segundo. Durante un breve momento, el electrón y el antielectrón empiezan a  girar en torno a un centro de fuerza común. Al cabo de una diezmillonésima de segundo se produce una neutralización mutua y ambos desaparecen sin dejar ningún rastro de materia. A cambio, se ha generado energía en forma de fotón o radiación gamma.

El antiprotón y el protón tienen una vida similar a la pareja electrón-antielectrón. En una ínfima fracción de segundo, el antiprotón desaparece al aniquilarse con un protón y transformarse también en fotones o rayos gamma.

La carga eléctrica de un neutrón sigue siendo un misterio. Los físicos sospechan que contiene cargas positivas y negativas equivalentes que dan como resultado una carga cero. Sin embargo, por alguna razón desconocida, cuando la partícula gira, se crea un campo magnético. El antineutrón es un neutrón cuyo movimiento rotatorio se ha invertido.

Los médicos saben que los tejidos del cuerpo humano invadidos por el cáncer, tienen un elevado consumo de glucosa. Se descubrió que el flúor-18 es un radioisótopo emisor de positrones y que, además, se une con facilidad a la glucosa.

Cuando el positrón del flúor-18 se encuentra con un electrón de la glucosa, ambos se destruyen y generan rayos gamma que pueden ser detectados por un instrumental médico adecuado.

De esta forma, en tiempo real, es posible ver una imagen de la masa encefálica del cerebro y así  identificar, localizar y cuantificar el consumo de glucosa por las diferentes células de esa zona del organismo. El PET es actualmente un instrumento que, combinado con el TAC, es de capital importancia para el diagnostico del cáncer, especialmente en el sistema nervioso central.

En 2011 un grupo de científicos consiguió crear 300 átomos de antihidrógeno y almacenarlos durante 1000 segundos, casi 17 minutos.

Algunas de las particularidades detrás de este logro son, por ejemplo, que la antimateria es la sustancia más cara del planeta, con un coste aproximado de 63000 millones de dólares. Lo interesante, sin embargo, es preguntarse cómo es posible almacenar antimateria durante un periodo de tiempo relativamente tan prolongado si, como mencionaba, la antimateria y la materia se aniquilan al más mínimo contacto. La respuesta está en los campos electromagnéticos. Algunos dispositivos como una trampa de Penning (del inglés Penning Trap), más conocidas en español como trampas iónicas, permiten usarlos para crear una zona "muerta" en el centro donde es posible almacenar antimateria. ¿Por qué desaparece la antimateria entonces? Principalmente porque es muy inestable, la mayoría de antipartículas se destruyen en nanosegundos.

Las trampas iónicas son la manera más común de almacenar no sólo antimateria sino también los qubits utilizados en la computación cuántica. Aunque son efectivas, parece que por el momento estamos muy lejos de que la antimateria sea considerada una opción válida tanto por su coste como por lo complicado que es manipularla. Sus posibles usos, sin embargo, van desde tratamientos oncológicos, siendo 4 veces más efectivos que los métodos actuales eliminando células cancerosas, al combustible para cohetes, puesto que genera una reacción cuya energía es diez mil millones de veces mayor que la producida por una reacción química, la que se usa en los cohetes actuales.

Como veis, es una locura ¿verdad?