28/Abr/09

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Los cinco mayores misterios de la antimateria

La película basada en el éxito de Dan Brown nos proporciona otro supuesto peligro que podría emanar del laboratorio de física de partículas cerca de Ginebra, Suiza: la antimateria, la semilla de un arma de insuperable poder destructor

La antimateria: no es tan temible como pensamos.

—¡No! —dijo Vittoria desde arriba, sin aliento—. ¡Debemos evacuar ahora mismo! ¡No puede sacar la antimateria fuera de aquí! ¡Si la saca, todos afuera morirán!

Ángeles y demonios, Dan Brown, Pocket Books

No hace tanto tiempo que estábamos escuchando cómo el Gran Colisionador de Hadrones en CERN produciría agujeros negros que destruirían el planeta. Ahora una película basada en el éxito de Dan Brown, programado para llegar a la pantalla grande el próximo mes, nos proporciona otro supuesto peligro que emana del laboratorio de física de partículas cerca de Ginebra, Suiza: la antimateria, la semilla de un arma de insuperable poder destructor.

Mientras la actitud de Brown sobre la antimateria es ficticia, ella indudablemente no lo es. Vemos su firma en los rayos cósmicos, y es hecha con regularidad en colisiones de alta energía dentro de colisionadores de partículas por todo el mundo. En los hospitales, las moléculas radioactivas que emiten partículas de antimateria son usadas para crear imágenes en la técnica conocida como tomografía por emisión de positrones.

Brown tenía razón sobre una cosa, sin embargo: si usted quiere saber más sobre antimateria, CERN es el lugar donde ir. En este artículo especial explicamos cómo están ayudando los experimentos de laboratorio a responder algunas de nuestras preguntas más urgentes sobre la más elusiva de las sustancias.

1. ¿Dónde está toda la antimateria?

La teoría estándar predice que el Big Bang debe haber creado
tanta antimateria como materia, entonces, ¿por qué el universo
parece estar hecho completamente de materia?

2. ¿Cómo se hace la antimateria? Los investigadores en CERN están tratando de hacer antimateria en cantidades útiles. Pero es difícil fijar una sustancia que desaparece tan pronto toca cualquier cosa.

Si uno fuera a hacer una lista con las imperfecciones del modelo estándar de la física, arriba de todo tendría que estar la predicción de que no existimos.

3. ¿Cae la antimateria hacia arriba?

La gravedad funciona del mismo modo sobre toda la materia,
pero ¿y en la antimateria? Si funciona de manera diferente,
podría poner de cabeza nuestro conocimiento de la física.

4. ¿Podemos hacer un anti-mundo? Los físicos están encontrando difícil domesticar al anti-hidrógeno, el anti-átomo más simple posible. ¿Hay alguna esperanza de hacer anti-átomos más complejos?

5. ¿Podría ser usada la antimateria para hacer la bomba final?

La idea de que la humanidad podría un día dominar la antimateria
para propósitos destructores tiene una espantosa fascinación.

Antimateria, un resumen

Cada partícula tiene una anti-partícula con la misma masa pero con carga eléctrica opuesta. El protón tiene un anti-protón negativamente cargado; el electrón tiene el anti-electrón cargado posivamente, o positrón.

Las partículas neutras pueden tener anti-partículas, también. El neutrón podría no tener carga, pero los quarks -las partículas más pequeñas que lo componen- sí. Si convierte un quark en un anti-quark invirtiendo la carga se ha hecho un anti-neutrón.

La posibilidad de la antimateria surgió primero de las ecuaciones formuladas por el físico teórico británico Paul Dirac en 1928, cuatro años antes que el experimentador estadounidense Carl Anderson encontrara positrones en los rayos cósmicos.

Notablemente, la materia y la antimateria se destruyen una a la otra, o aniquilan, siempre que entran en contacto. Un electrón y un positrón se destruyen mutuamente en una ráfaga de luz que consta de dos fotones lanzados en direcciones precisamente opuestas, cada uno con la energía que corresponde exactamente a la masa del electrón (y positrón).

Antiingeniería. Hasta ahora los físicos han logrado hacer una imagen refleja del hidrógeno, parejas de electrón-positrón llamadas positronium, y helio con un giro de antimateria. Ampliar.

¿Dónde está toda la antimateria?

Las galaxias, como Abell 1689, no deberían existir en absoluto
de acuerdo con el modelo estándar de la física.

Y con todo aquí estamos. Y también planetas, estrellas y galaxias; todos, tan lejos como podemos ver, hechos exclusivamente de materia. Realidad 1, Teoría 0.

Hay dos soluciones posibles para este misterio existencial. Primera, podría haber una sutil diferencia en la física de la materia y de la antimateria que dejó al universo temprano con un excedente de materia. Mientras la teoría predice que el mundo de antimateria es un reflejo perfecto del nuestro, los experimentos ya han encontrado rayas sospechosas en el espejo. En 1998, los experimentos de CERN mostraron que una particular partícula exótica, el kaon, se convertía en su anti-partícula ligeramente más a menudo que lo contrario, creando un diminuto desequilibrio entre los dos.

Ese dato fue seguido por experimentos en los aceleradores de California y Japón, que en 2001 revelaron una asimetría similar y más pronunciada entre los primos más pesados de los kaones conocidos como los B mesones. En cuanto el LHC en CERN esté otra vez en funcionamiento más tarde este año, su experimento LHCb usará un detector de 4500 toneladas para espiar miles de millones de B mesones y conocer sus secretos más exactamente.

Pero el LHCb no proveerá necesariamente la palabra final sobre dónde se fue toda esa antimateria. "Los efectos parecen demasiado pequeños para explicar la asimetría a gran escala", dice Frank Close, físico de partículas en la Universidad de Oxford.

La segunda respuesta posible al misterio de la materia es que la aniquilación no fue total en esos primeros pocos segundos: de algún modo, la materia y la antimateria lograron escapar del fatal abrazo de una a la otra. En algún lugar ahí afuera, en alguna región espejo del cosmos, la antimateria está acechando y se ha unido en anti-estrellas, anti-galaxias y tal vez incluso en anti-vida.

"No es una idea tan tonta", dice Close. Cuando un imán caliente se enfría, señala, los átomos individuales pueden forzar a sus vecinos a alinearse con los campos magnéticos, creando dominios de magnetismo que apuntan en diferentes direcciones. Algo similar puede haber ocurrido mientras el universo se enfriaba después del Big Bang. "Se podría tener un poco de materia adicional aquí y un poco de antimateria en algún otro lugar, inicialmente", dice. Esas pequeñas diferencias podrían crecer en grandes regiones separadas con el tiempo.

Estos dominios de antimateria, si existen, indudablemente no están cerca. La aniquilación en los bordes entre áreas de estrellas y anti-estrellas produciría una inconfundible firma de rayos gamma de alta energía. Si toda una anti-galaxia fuera a chocar con una galaxia regular, la aniquilación resultante sería de proporciones colosales e inimaginables. No hemos visto ninguna señal de eso, pero entonces otra vez hay mucho universo que todavía no hemos mirado, y grandes regiones de él que están demasiado lejos para verlas alguna vez.

Encontrar anti-helio o cualquier otro anti-átomo más pesado que el hidrógeno sería una evidencia concreta de un anti-cosmos. Implicaría que las anti-estrellas están cocinando anti-átomos mediante la fusión nuclear, exactamente como las estrellas regulares funden átomos normales. El Alpha Magnetic Spectrometer es una pieza de equipo de 1.500 millones de dólares construido para rebuscar en los rayos cósmicos por tales señales. Está en tierra por el momento, esperando un aventón hasta la Estación Espacial Internacional, pero subirá en un trasbordador espacial final de la NASA en 2010 ó 2011.

Fuente: New Scientist. Aportado por Graciela Lorenzo Tillard