¿Qué es la antimateria y cómo se crea en un acelerador de partículas? ¿Para qué sirve la antimateria? ¿Cuál es la importancia del descubrimiento de...

A2A*. Gracias por la pregunta María,

¿Qué es la antimateria?

La antimateria es una especie de “materia invertida” en que hay anti-electrones, idénticos en todo a los electrones normales, tienen carga positiva. En el núcleo de la antimateria hay también anti-protones son como protones con carga negativa y anti-neutrones (con momento magnético opuesto a lo de los electrones normales). El descubrimiento de la anti-materia en los años 1930 fue un tipo de sorpresa inesperada para los físicos. Carl David Anderson encontró positrones (anti-electrones en los rayos cósmicos en 1932). Por azar pocos años antes otro físico, el gran Paul Dirac, en 1928 había construido una teoría relativista del electrón que parecía conducir a la extraña conclusión de que debía haber una especie de anti-electrones [aunque la idea de Dirac era algo ligeramente diferente de la noción moderna de anti-partícula].

También en 1932 se encontró por primera vez el neutrón y, pasado un tiempo, se encontró el anti-protón (1955) y el anti-neutrón (1956). Durante un tiempo existió cierto desconcierto sobre por qué el universo había escogido fabricar al mismo tiempo dos tipos de materia: la materia ordinaria y la “materia invertida” (o anti-materia). El avance de la teoría cuántica de campos nos dio una explicación dramáticamente impresionante: los anti-electrones, anti-protones y anti-neutrones pueden ser concebidos como electrones, protones y neutrones que se están moviendo hacia atrás en el tiempo. Dado que el tiempo tenía dos direcciones: pasado y futuro, la materia y la “anti-materia” eran la misma cosa moviéndose hacia adelante y hacia atrás en el tiempo (fue una bella interpretación del enigma, y se vio que el universo no creaba cosas de más porque sí).
Si viviéramos en un planeta enteramente formado por anti-materia no notaríamos nada diferente de lo que notamos, al revés llamaríamos a la materia ordinaria (“materia invertida”) y creeríamos que lo natural es que los “electrones” tuvieran carga positiva, y el núcleo atómico tuviera carga negativa [y un buen día nos habríamos encontrado que existe otra materia “invertida” respecto a nosotros]. Esta imagen de los años 1930 muestra una cámara de burbujas en la que se aprecia la trayectoria de un anti-electrón: la curva negra se curva a la izquierda, un electrón se habría curvado con el mismo radio de curvatura pero a la derecha (de ahí se dedujo que se estaba observando un “electrón invertido” con carga opuesta:

¿Cómo se crea en un acelerador?
Existen varios métodos pero todos consisten en hacer chocar partículas subatómicas a muy muy alta energía. De esas colisiones sale una cascada de partículas de varios tipos, eventualmente alguna de las partículas en el choque sale rebotada “hacia atrás en el tiempo” y eso es lo que percibimos de hecho como partículas de anti-materia (que por lo demás es indistinguible de la materia). Un método es el rociado intenso de materia con partículas de materia normal muy energéticas [ver ].

¿Para qué sirve?
Por limitaciones técnicas no es sencillo mantener la anti-materia aislada mucho tiempo de la materia ordinaria (en contacto con la materia ordinaria se aniquilan mutuamente produciendo una explosión de energía). Además hoy por hoy, es muy caro crear anti-partículas porque sólo podemos hacerlo en grandes aceleradores, y con cantidades grandes de energía. Si tuviéramos una manera tecnológicamente más accesible de tener antimateria, sería la energía más eficiente y limpia que haya existido jamás. Unos pequeños miligramos de anti-materia al combinarse con la materia generaría una gran cantidad de energía dada por E=mc2E=mc2 y además sería una energía limpia, libre de residuos radiactivos que duren milenios y fueran perniciosos para la salud (todo serían ventajas). Hoy por hoy, sólo podemos crear anti-partículas sueltas y las usamos básicamente para hacer experimentos en aceleradores, que nos han enseñado muchas cosas. Aunque también la tomografía por emisión de positrones (PET) nos ha permitido ver como consume energía el cerebro y, por tanto, qué partes del cerebro se ocupan para escuchar música, hablar, caminar o realizar numerosas actividades. El PET ha sido una de las mejores técnicas para investigar cómo están funcionando nuestros cerebros y en el futuro habrá muchas aplicaciones más. Esta imagen muestra una imagen de PET, las zona más activas del cerebro tienen más emisión de positrones en zonas del cerebro (causadas por un radiofármaco dado el paciente).