¿Cómo se fabrica la antimateria?

La pregunta puede extenderse muchísimo, pero voy a intentar hacer una primera aproximación para que no sea demasiado árida, y si luego desea más detalles entramos en materia, si le parece bien.

Pues bien, de los conocimientos que hemos adquirido sobre la física de partículas, hemos podido observar ciertos procesos en los que se produce antimateria. Lo que se hace entonces para "fabricarla" no es sino reproducir esos procesos de una manera controlada para poder generar, y sobre todo, controlar, la antimateria que se produce.

Entiendo que los constituyentes del átomo que resulta más conocidos para el público son el protón y el electrón, así que me centraré en los equivalentes de antimateria de estos (antiprotón y positrón) para ejemplificar el proceso.

De las 4 interacciones fundamentales de la naturaleza que conocemos en la actualidad, la fuerza nuclear débil está implicada en unos procesos que llamamos desintegraciones beta. En las desintegraciones beta, un neutrón se transforma en un protón, más un electrón, más un antineutrino electrónico, (desintegración β−β−); o un protón se transforma en un neutrón, más un positrón, más un neutrino electrónico, (desintegración β+β+).

Este proceso ocurre de manera natural en los núcleos de isótopos de elementos químicos radiactivos, ya que es una forma de perder energía.

Vamos a centrarnos en la desintegración β+β+ ya que se produce un positrón y eso es lo que nos interesa en esta explicación.

Tomamos por ejemplo un pedazo de Magnesio-23, un isótopo inestable de Magnesio que mediante este proceso se transforma en Sodio-23. Constantemente, se están produciendo entonces positrones que emanan de nuestro trozo de Magnesio. Pero las partículas de antimateria se aniquilan inmediatamente al encontrarse con partículas de materia. Así que si queremos conservar los positrones que se producen, tenemos que encapsular nuestro trozo de Magnesio en un vacío tan perfecto como seamos capaces, para que no se aniquilen los positrones con los electrones presentes en el aire.

Los positrones al producirse, adquieren una cantidad de movimiento ( que es el producto de su masa por su velocidad). Así que sólo con extraer todo el aire del contenedor no haremos mucho, porque apenas se produzcan, se moverán en alguna dirección con una determinada velocidad. Y como en todas las direcciones están las paredes del contenedor, que están hechas de materia, los positrones se aniquilarán al chocar con ellas y los perderemos.

Afortunadamente el positrón está cargado eléctricamente (con carga positiva), por lo que responde a campos magnéticos. Así que configuramos una trampa magnética para que los positrones se frenen y podamos conducirlos a donde queramos, evitando que toquen las paredes de los conductos por los que circulan, también con campos magnéticos en el recorrido.

Ya hemos "domado" los positrones y podemos usarlos ahora para experimentos.

Con los antiprotones, pasa algo similar, pero los producimos de forma algo diferente.

Tomamos Hidrógeno gaseoso, y lo ionizamos, separando con campos magnéticos los electrones de los protones. Los protones que hemos segregado del grupo principal se aceleran mediante cavidades de radiofrecuencia, mientras que conformamos un haz lo más estrecho posible usando otros campos magnéticos. El chorro colimado de protones acelerados se dirige y estampa contra un blanco denso (antes se utilizaba Tungsteno y Hierro, ahora se suele usar Iridio) porque en esas colisiones de media-alta energía se generan montones de partículas, incluyendo antiprotones.

En la instalación hay unos colectores que tratan de frenar y conducir la mayor cantidad posible de antiprotones, de los que salen en la dirección más favorable, es decir, hacia los colectores, (los demás se pierden y se aniquilan en las paredes).

Y de nuevo usando campos magnéticos se conducen los antiprotones a su destino para poder desarrollar con ellos el experimento de turno. Que bien puede ser juntarlos con los positrones en una trampa de tipo Penning-Malmberg para que algunos de ellos formen átomos de Antihidrógeno, y estudiar si este que pasa por ser el átomo más ligero de antimateria tiene las mismas propiedades que su análogo de materia, el Hidrógeno, o no.

Precisamente esto es lo que hace el equipo del experimento ALPHA del CERN.

Este proceso que he esbozado es el esquema básico de uno de los procesos dirigidos a producir antimateria. Pero como puede imaginar hay mucho más.

Aun así espero que con esto se pueda hacer una primera idea de cómo se consigue producir antimateria, y tener algunos hilos de los que tirar para seguir alimentando su curiosidad.

Un saludo.