Antimateria, ¿el gemelo malvado?

Hoy volvemos a hablar de ecuaciones, pero en esta ocasión, de las consecuencias de una ecuación, más que de ella misma. En 1928 Paul Dirac, formuló su versión de la ecuación de onda, pero incorporó en ella los principios de la relatividad general de Einstein, una de las consecuencias de esta ecución es la predicción de la existencia de la antimateria.

La antimateria es ese gemelo malvado de la materia, que por alguna razón no sabemos donde está, como el gemelo de Bart en los Simpsons; las predicciones de la ecuación de Dirac, indican que, por simetría, a cada partícula de materia debería corresponder una antipartícula.

Sólo cuatro años después de la formulación de Dirac, Carl D. Anderson del Tecnológico de California, descubrió el antielectrón, o positrón, una partícula por demás igual al electrón, pero con carga eléctrica positiva. Confirmando así la predicción de la ecuación de Dirac.

Años después, en 1955 Emilio Segrè y Owen Chamberlain, en la Universidad de Berkeley, descubrirían el antiprotón y el antineutrón.

Al igual que las partículas que forman la materia, las de antimateria puede asociarse y formar anti átomos, así pueden existir anti átomos de hidrógeno, oxigeno, hierro, de cualquier elemento.

Pero, ¿qué hace especial a la antimateria?, pues nada es igual que la materia, sólo que su opuesto, es como el reflejo en el espejo de las partículas que conforman la materia, iguales pero opuestas, salvo por un pequeño detalle, si una partícula y su antipartícula llegan a encontrarse, se aniquilaran mutuamente, dando lugar a nuevas partículas y radiaciones de alta energía.

Por ejemplo, supongamos que nuestro amigo Pablito se encuentra con su gemelo opuesto Otilbap, como sabemos Pablito es un electrón, por su parte Otilbap es un positrón, ambos son casi iguales, excepto que, Pablito, como todo electrón tiene carga eléctrica negativa, pero Otilbap tiene carga positiva.

Pablito y Otilbap se encuentran

Que pasaría si Pablito y Otilbap, ambos aficionados de Dragon Ball Z, deciden, cual Guku y Vegetta, hacer la Fusión, después de una coreografía de vergonzosos y elaborados movimientos, llega el momento en que Pablito y Otilbap, tocan la punta de sus dedos, y a diferencia de lo que ocurre en la serie, no obtenemos algo así como un Pablibap, o un Otilblito, por el contrario; Pablito y Otilblap se aniquilan mutuamente, liberando en el proceso un par de fotones de alta energía en forma de rayos gamma.

Pablito y Otilbap haciendo la Fusión

Algo que trae de cabeza a los científicos sobre la antimateria, es que, en un principio, cuando se dio la gran expansión que dio origen a nuestro universo y se crearon las partículas que conforman la materia, como consecuencia de las predicciones de la ecuación de Dirac, debió formarse la misma cantidad de materia que de antimateria. Si como es obvio pensar, no se aniquilaron completamente, como debió haber pasado y la prueba de ello es que estás aquí leyendo esto, y en cambio todo lo que nos rodea está hecho de materia, ¿qué pasó con la antimateria?

Existen tres teorías, cada una con sus puntos a favor, que pretenden dar una explicación a esto.

1. La tasa de creación de materia y antimateria se diferenciaron en 1 partícula de materia más por cada 10.000 millones de partículas de materia y antimateria creadas, esta pequeña diferencia, causó que al aniquilarse ambas, la balanza se inclinara del lado de la materia, para ser la predominante en nuestro universo.
2. La simetría entre la materia y la antimateria no es tan exacta como aparenta, causando esto la imposibilidad de la existencia de un universo de antimateria, pues las leyes físicas no lo permitirían, por lo que no existía otro camino para crear el universo que no fuera la materia, es decir existirían condiciones iniciales que harían imposibles los universos de antimateria.
3. Esta es la que en mi concepto es la más interesante, es la posibilidad de que existan sectores del universo formados predominantemente por antimateria, estaríamos en una parte del universo donde predomina la materia, pero es posible que, contigua a ésta existan sectores, que gracias a la poca población de partículas que existe en el espacio inter galáctico, estén conformados por antimateria, sin que lleguen a aniquilarse con la materia, del sector contiguo, al menos no a gran escala, y la tendencia de las galaxias a alejarse haría cada vez más improbable que se lleguen a encontrar sectores de materia y antimateria.

Hoy en día la antimateria es usada en aplicaciones, como las tomografías por emisión de positrones, una herramienta de diagnóstico no invasiva, que a diferencia de las tomografías computarizadas tradicionales, que usan rayos x para irradiar la sección del cuerpo que está bajo estudio, usa la radiación en forma de rayos gamma que es emitida, al aniquilarse los positrones que son liberados en el cuerpo por un isotopo que es inyectado al paciente, esta radiación gamma es recogida para armar la imagen de la zona explorada.

También existen modelos teóricos de motores de antimateria, que serían capaces de impulsar naves espaciales de forma altamente eficiente. Sin embargo, de momento este tipo de desarrollos no es viable debido al alto costo de producir y almacenar la antimateria, ¿Cómo almacenas algo que no puede tener contacto con la materia?, la única forma de hacerlo es en potentes campos magnéticos, que requieren más energía para mantenerse que la que puede generar la desintegración de la antimateria que contienen, lo que los hace altamente ineficientes.

En la actualidad el CERN produce pequeñas cantidades de antimateria con fines netamente investigativos, y ésta generalmente es contenida por algunos pocos minutos antes de desintegrarse. Estas complicaciones en su producción y manejo, hacen a la antimateria la sustancia más costosa que existe, llegando a valer 62500 millones de dólares americanos, un miligramo.

Ya para finalizar y como dato curioso, sabias que los cambures, bananas o plátanos, emiten antimateria. Los cambures, gracias al potasio-40 que hay en su estructura, pueden emitir en promedio, un positrón, cada 75 minutos, esto como resultado de la desintegración beta de este isotopo de potasio, pero los cambures no son los únicos, nosotros mismo poseemos potasio-40 en nuestro organismo, por lo que emitimos positrones, con cierta regularidad, en ambos casos, cambures y nosotros, estos positrones son aniquilados cuando hacen contacto con los electrones del entorno.

Otilbap, sale disparado de un cambur

Hasta aquí el post, espero que haya sido de su agrado, si fue así, ya saben que hacer. Saludos y hasta la próxima.

Texto y dibujos originales de @amart29, Barcelona, Venezuela, junio de 2018

Referencias:

Wikipedia. Atimateria. Wikipedia
Wikipedia. Tomografía por emisión de positrones. Wikipedia
Wikipedia. Paul Dirac. Wikipedia
Wikipedia. Ecuación de Dirac. Wikipedia
Wikipedia. Dosis equivalente a un platano. Wikipedia
Wikipedia. Potasio 40. Wikipedia

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