24/Nov/05

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Moléculas de materia con antimateria: ¿agua positrónica?

El apareamiento de positronio en moléculas podría dar nacimiento a un nuevo tipo de química.

(Nature) - Físicos de la Universidad de California en Riverside piensan que han creado las primeras moléculas con átomos que juntan materia con antimateria.

Allen Mills, de la universidad de California, y sus colegas, dicen que han visto pistas que indican la existencia de moléculas de positronio formadas a partir de dos átomos de positronio. El positronio es un imitador del hidrógeno, pero del "otro mundo".

En un átomo del hidrógeno, un electrón de carga eléctrica negativa se mueve alrededor de un protón, que tiene una carga positiva. La fuerza de atracción eléctrica entre las dos partículas subatómicas las mantiene juntas.

En el positronio, el protón del hidrógeno es sustituido por un positrón, que es la forma de antimateria de un electrón. Un positrón tiene la misma carga eléctrica positiva que un protón, pero tiene la misma masa que un electrón, que es apenas 1/1.836 la de un protón. El positronio es un "átomo" extremadamente ligero.

Unión innatural

Tal como los átomos de hidrógeno se combinan para formar moléculas de dos átomos, en teoría es posible unir dos átomos de positronio para formar una molécula, a la que se representaría químicamente como Ps₂.

Pero el positronio no existe en la naturaleza, porque la materia y la antimateria se aniquilan entre sí cuando se juntan, produciendo una explosión de energía. Cuando un positrón y un electrón se combinan artificialmente para crear un átomo de positronio, algo que se logró por primera vez en 1951, éste se autodestruye rápidamente, emitiendo energía en forma de rayos gamma.

Siendo el positronio tan inestable, es muy difícil lograr un gas de positronio suficientemente denso como para que los átomos se acoplen entre sí. No obstante, Mills y sus colegas creen que pudieron haber encontrado una manera, y sospechan que han visto, de forma indirecta, la breve existencia de moléculas de positronio antes de que se autodestruyeran.

Átomos explosivos

Anteriormente, los científicos han logrado hacer otras construcciones extrañas de antimateria. Se han creado en el laboratorio átomos de antihidrógeno, compuestos de los equivalentes de antimateria de protones y de electrones. En 1992, Investigadores de Dinamarca hicieron que átomos de positronio se ligasen a átomos ordinarios de hidrógeno, formando la molécula PsH. Incluso han especulado sobre la posibilidad de fabricar "agua de positronio": Ps₂O.

Pero si las moléculas de positronio de Mills muestran ser verdaderas, ésta será la primera evidencia de una nueva clase de química, que resulta de reacciones entre átomos "explosivos" que tienen una hechura física totalmente distinta de los que son comunes en la naturaleza.

Un blanco de cristal

En el experimento que creó las extrañas moléculas, Mills y sus compañeros de trabajo dispararon un haz de positrones —emitidos por la desintegración de una forma radiactiva del sodio— sobre un blanco de silicio ordinario, como si fuera una ventana de vidrio, aunque lleno de agujeros minúsculos. En las colisiones, algunos de los positrones se unieron a un electrón para formar positronio. Los átomos de positronio se acumularon dentro del silicio poroso, donde pueden alcanzar suficiente densidad como para permitir que se forme el Ps₂.

El equipo pudo determinar la cantidad de positronio que se acumuló midiendo la intensidad de los rayos gamma que se generaron cuando los electrones y los positrones se aniquilaron.

Los investigadores esperaban que esta intensidad de emisión fuera más alta desde el silicio que cuando se emite desde átomos aislados de positronio, porque era de esperar que la materia y antimateria se encontrasen más a menudo al estar confinada en un espacio limitado. Pero resultó ser que la intensidad fue aún mayor que la predicha.

Esto, dicen ellos, podría ser porque algunos de los átomos de positronio se están combinando en moléculas, lo que aumenta las chances de que sus electrones y positrones caigan uno contra otro.

Sin embargo, ésta no es la única explicación posible para los resultados. Puede ser que el mayor índice de destrucción provenga de la compresión adicional del gas de positronio en grietas y pequeños defectos en el silicio poroso. Los investigadores esperan separar estas posibilidades en futuros experimentos, usando blancos variados.

Aportado por Eduardo J. Carletti