La antimateria, a diferencia de la materia que está compuesta por partículas ordinarias, se compone por antipartículas: antielectrones o positrones (electrones con carga positiva), antiprotones (protones con carga negativa) y antineutrones (sin carga).
Partículas Antipartículas
Las partículas y antipartículas tienen la misma masa y espín, pero sus cargas eléctricas son opuestas.
Cuando la materia y la antimateria entran en contacto se produce la aniquilación de ambas, es decir, una transformación que da lugar a fotones de alta energía (rayos gamma) y otros pares partícula-antipartícula.
Para diferenciar las antipartículas se usa una barra horizontal: protón p y antiprotón --> y también la diferencia de carga eléctrica: electrón e− y positrón e+.
Vídeo explicación de producción y almacenamiento.
¿Dónde podemos encontrarla?
En el origen del universo existían materia y antimateria en las mismas proporciones. Sin embargo, nuestro universo está compuesto aparentemente solo por partículas. La bariogénesis, proceso que intenta explicar la causa de la asimetría entre la cantidad de materia y antimateria existente en nuestro universo, contempla, fundamentalmente, dos posibilidades:
1.- Pequeño exceso de materia tras el Big Bang: supone que en las proporciones iniciales antes del Big Bang había un poco más de materia que de antimateria, lo que daría como resultado nuestro actual universo formado por materia.
2.- Asimetría CP: Un reciente experimento sugiere que las partículas y antipartículas no tienen las mismas propiedades y que, por tanto, las leyes físicas favorecen la supervivencia de la materia.
Historia
En 1928, Paul Dirac formuló la ecuación de Dirac con la que predijo la existencia de antipartículas.
Paul Dirac
En 1932 se detectó experimentalmente el positrón y, en 1955, el antiprotón y el antineutrón.
Fue en 1965 cuando se consiguió crear un antideuterón: un antiprotón + un antineutrón.
En 1995, el CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear) creó 9 átomos de antihidrógeno y, más tarde, 100 átomos.
Después, se creó el helio antiprotónico, átomo formado por 2 protones, 2 neutrones, un electrón y un antiprotón; y que sobrevivió 15 millonésimas de segundo.
Formación del helio antiprotónico.
En 2009, la NASA descubrió rayos de antimateria producidos en tormentas eléctricas por rayos gamma terrestres generados en el interior de estas tormentas y directamente relacionados con los relámpagos.
En 2010, el CERN logró crear 38 átomos de antihidrógeno y conservarlos alrededor de 1/6 de segundo. En 2011, consiguieron crear más de 300 átomos de antihidrógeno y almacenarlos casi 17 minutos.
Producción y costo de la antimateria
La antimateria es la sustancia más cara del mundo. La producción de 1mg cuesta unos 60.000 millones de dólares. Además, su producción supone unas cantidades enormes de energía y su mantenimiento o almacenamiento en campos electromagnéticos, es muy poco eficiente y rentable.
La NASA propone almacenar mediante campos magnéticos la antimateria que se genera de forma natural en los Cinturones de Van Allen de la Tierra, ya que la mayoría de los antiprotones provienen de antineutrones, que se generan cuando rayos cósmicos impactan en las capas superiores de la atmósfera y los antiprotones tienden a acumularse a cientos de km sobre la Tierra, donde hay tan poca materia que es muy improbable que se junten con los protones y se aniquilen.
Usos
En la actualidad, ya se ha puesto en práctica la Tomografía por Emisión de Positrones (TEP), técnica de diagnóstico e investigación, capaz de medir la actividad metabólica y que se basa en detectar y analizar la distribución corporal de un radiofármaco.
Esquema de funcionamiento del TEP
TEP de la enfermedad de Párkinson. TEP de la enfermedad de Alzhéimer.
También se investiga su uso en terapias contra el cáncer, ya que los antiprotones son cuatro veces más eficaces que los protones en la destrucción de células malignas.
Además, se está investigando el diseño de microscopios de antimateria, que se supone serían mucho más sensibles que los de materia ordinaria.
Por otro lado, su aplicación más productiva sería como combustible, pues la aniquilación de una partícula con una antipartícula genera gran cantidad de energía: por ejemplo, la energía generada por kilo es unas 10.000 millones de veces mayor que la generada por reacciones químicas y 10.000 veces mayor que la energía nuclear de fisión. Solo serían necesarios 10 mg de antimateria para propulsar una nave a Marte; y con 0,5 g de materia y 0,5 g de antimateria se generarían unos 25 Gwatios-hora (una central nuclear en plena producción durante casi un día entero). Una gota proporcionaría energía eléctrica a Nueva York durante un día. En energía explosiva tendría la misma potencia que la bomba de Nagasaki (según “la pizarra de yuri” y “revista de las dominicas”). El mal uso de la antimateria es uno de los peligros que conlleva. Por el contrario, la antimateria no genera contaminación ni radiación y se produce espontáneamente y con cualquier cantidad de materia/antimateria.
El estudio de la antimateria ha aportado inmensos conocimientos sobre el origen y evolución del universo, y contribuirá a nuevas formas de producir energía que ahora mismo sólo podemos soñar e incontables utilidades médicas y otras ciencias aplicadas.
Limitaciones:
- No hay antimateria disponible ni una forma práctica de producirla a un coste rentable.
- Actualmente solo se puede almacenar el 1% de los antiprotones generados.
- Si usáramos toda la capacidad para producir antiprotones, el rendimiento de un año serviría para encender una bombilla de 100 W durante 3 segundos. Y si se usara toda la capacidad mundial de antimateria producible, la bombilla no luciría más de 6 min.
Vídeo resumen de todo el proceso de la antimateria.
Bibliografía:
http://lapizarradeyuri.blogspot.com/2010/06/antimateria.html
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