Antimateria: esto es lo que conocemos en 2021

¿Qué sabemos de la antimateria en pleno año 2021? Bastantes personas creen que la «antimateria» es una invención de alguna novela de ficción. Incluso la protagonista de algún cómic donde alguien adquiere superpoderes gracias a ella… Pero realmente es algo que la ciencia, la física concretamente, predijo en su momento y que posteriormente se observó en la naturaleza confirmando esas teorías. Veamos qué conocemos sobre ella…

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La nave Enterprise (Star Trek) con reactores de antimateria…

¿Es real la antimateria?

Sí, la antimateria no es (solo) un elemento inventado en novelas o películas de ciencia ficción. Enseguida veremos cómo se predijo su existencia en una pizarra hace casi cien años antes de comprobar su existencia. Primero fueron las partículas elementales que la forman, luego átomos completos. Y con el desarrollo de los grandes aceleradores de partículas se ha podido generar antimateria, por ahora de elementos muy ligeros como el hidrógeno (antihidrógeno en realidad).

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Bloque de electrodos para mantener partículas de antimateria aisladas (CERN)

Aunque existen dudas acerca de si hay antimateria en zonas muy alejadas del universo, parece claro que sí existe mucha menos antimateria que materia (no hay «simetría»). Es uno de los misterios del universo y de su creación: por qué en algún momento del «big bang» la balanza favoreció a la materia y quedó muy poca antimateria.

¿Cuándo se descubrió la antimateria?

Es un concepto bastante moderno, que ni siquiera tiene cien años: antes de 1928 nadie siquiera había pensado en ello, ni existía la palabra. Fue el físico Paul Dirac quien publicó en 1928 una ecuación de física cuántica que explicaba los fenómenos de mecánica cuántica y relatividad especial. Esa ecuación matemática explicaba secretos de las partículas subatómicas (más pequeñas que un átomo), y dejaba abierta la puerta, con otros resultados matemáticamente válidos, a la existencia de otras partículas «de energía negativa» hasta ese momento desconocidas y aparentemente imposibles.

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Paul Dirac: predijo la existencia de antimateria

Esas nuevas partículas teóricas serían equivalentes a las conocidas (protones, neutrones y electrones) pero con carga inversa: son los antiprotones, antineutrones y positrones. Empezó una carrera por comprobar si la teoría de Dirac era cierta y ya en 1932 se detectó la existencia de un positrón (un electrón de antimateria) en un laboratorio. Dirac obtuvo el Premio Nobel en 1933 y seguir avanzando en este tema fue uno de los argumentos para construir laboratorios con enormes aceleradores de partículas. Haciéndolas chocar se observan fenómenos cuánticos: en 1955 se detectó el primero antiprotón y ya en 1956 un antineutrón. Con los tres elementos básicos de la materia, quedaba claro que podía existir «antimateria» más allá de las partículas elementales.

¿Qué ocurre al mezclar materia y antimateria?

Una vez descubierta la antimateria, los escritores y guionistas pudieron dar rienda suelta a su imaginación… y siguen. Recordarás por ejemplo la «bomba» de la novela y película Angeles y Demonios (Dan Brown) o el propulsor de la Enterprise en Star Trek. Pero ¿qué pasa realmente si se mezcla la materia con antimateria?

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Pues mejor que no lo pruebes en casa. Siguiendo con la historia, en 1965 se detectaron por primera vez átomos completos de antimateria (hidrógeno y helio) y en 1981 se confirmó lo que la teoría predecía: en un choque controlado entre partículas de materia y antimateria, se liberaba una cantidad enorme de energía. «Enorme» es 10.000 veces superior a la de una reacción nuclear (que ya es), o 10.000 millones de veces superior a la de una reacción química (como la combustión). Si no quieres ver lo que significa una cerilla miles de millones más potente (y en rayos gamma) mejor que no toques antimateria en casa «si te encuentras un poco»…

¿Se puede «fabricar» antimateria?

Sí, se puede fabricar antimateria, pero hacen falta enormes cantidades de energía para ello. Hace falta un acelerador de partículas (de coste inmenso) como el grande del CERN en Suiza donde a base de mucha energía (eléctrica) se provocan choques entre partículas a velocidades cercanas a la de la luz. En esas condiciones ocurren fenómenos que pueden generar antimateria.

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Aquí fabrica el CERN antihidrógeno

Para aislarla y almacenarla, también hace falta mucha energía, y en esos laboratorios no se dedican solamente a este objetivo sino que se prueban otras teorías, se buscan respuestas a otras preguntas… De media, se han llegado a obtener entre 1 y 10 nanogramos (es decir, una mil-millonésima o 1/1.000.000.000 parte de un gramo) al año según el calendario de pruebas de esos laboratorios.

¿Cuánto vale y cuánto dura la antimateria?

Si por casualidad encuentras un día un bote de antimateria (¡es un decir!) siéntete afortunado porque es lo más caro del universo: un gramo se valoraría en aproximadamente 100.000 millones (y da igual dólares que euros con estas cifras).

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El «horno» de antimateria del CERN

Además del coste y oportunidad de fabricarla, la antimateria es tan cara porque además dura muy poco. Así que no sería muy buena inversión… Si un diamante es «para siempre», la antimateria de la que más tiempo se tiene constancia que ha durado son poco más de una decena de minutos. A base de campos eléctricos y magnéticos si se trata de partículas con carga (positrones o antiprotones) o a base de trampas láser es la única forma de almacenarla. Y por supuesto siempre en un vacío perfecto para evitar que reaccionara con partículas materiales del aire.

¿Nos sirve para algo la antimateria en 2021?

¡Sí! Además de corroborar una importante teoría física, y mientras llegan las naves espaciales como las de Star Trek, su mayor aplicación actual está en la medicina. Quizás hayas oído hablar de la tomografía por emisión de positrones (PET en inglés: Positron Emission Tomography). Pues sí, son «esos» positrones, los electrones de antimateria con carga positiva.

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Diagnóstico de imagen gracias a positrones

Aplicando un fármaco con cierta radiación, el aparato del PET detecta rayos gamma generados por reacciones entre positrones y electrones, y permite distinguir claramente zonas enfermas (tumores). Incluso parece que los antiprotones serían mucho más eficaces para destruir células cancerígenas, permitiendo radioterapias menos agresivas.

¿De qué color es la antimateria?

¡Buena pregunta! Es la que se hacen -o hacían- muchos investigadores porque saberlo ayudaría a detectar antimateria a través de telescopios, por ejemplo. En el CERN (la organización europea de investigación nuclear) hay un grupo dedicado a la antimateria: ALPHA está centrado en obtener y estudiar la antimateria más elemental: el antihidrógeno (formado por un positrón y un antiprotón). Sus siglas significan de hecho «Antihydrogen Laser Physics Apparatus«.

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Vista del laboratorio ALPHA del CERN

Uno de sus experimentos consistió precisamente en medir las emisiones del antihidrógeno: el «color» de la antimateria. Cuando se hace espectrografía se detectan las frecuencias de la luz que emite, de forma muy distintiva, cada elemento. Es tan único que sirve de auténtica «huella dactilar» para saber si un puñado de tierra, el aceite de un motor usado, o la atmósfera de un lejano planeta, contiene determinados elementos químicos. Lo consiguieron hacer con antihidrógeno y… el resultado es que tiene el mismo «color» que el hidrógeno. Vale, es lo que las ecuaciones predecían, pero tenemos una herramienta menos para poderla detectar. Y será algo a revisar en muchas películas.

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Reactor del Enterprise con antimateria ¿azul?

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