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El físico Javier Santaolalla traduce para ARCADIA el concepto de antimateria

El físico y autor español se animó a hacer, como suele hacerlo en sus libros, un ejercicio de traducción de un concepto científico complejo, la antimateria, que tiene múltiples aplicaciones y propiedades, muchas de ellas todavía desconocidas.

2018/04/17

Por Javier Santaolalla* Gran Canaria

Este artículo forma parte de la edición 151 de ARCADIA. Haga clic aquí para leer todo el contenido de la revista.

Una de las cosas más bonitas y maravillosas de la naturaleza son las simetrías. Son bellas y están en todas partes. Están en la naturaleza, como en una flor; en las cosas que usamos, como un coche; y por supuesto en nosotros mismos. También están presentes, cómo no, en nuestro hogar, en el universo, así como en esta ecuación. La ecuación de Dirac, que esconde una de las simetrías más espectaculares y misteriosas de la naturaleza: (∂ + m) Ψ = 0

En 1927, Paul Dirac escribió esta ecuación para describir el comportamiento de las partículas que por entonces se conocían: electrones y protones. Ya entonces se sabía que la ecuación que se usaba para entender el comportamiento de las partículas –la de la mecánica cuántica, de Schrödinger– no podía ser la correcta porque ignoraba los efectos de la relatividad de Einstein. Esta había cambiado la forma en que entendemos la energía con su famosa ecuación E=mc2.

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Así que, al aplicar Dirac la nueva concepción de energía de la relatividad de Einstein a la ecuación de Schrödinger, vio algo sorprendente: la ecuación que obtenía, que hoy conocemos como ecuación de Dirac, tenía dos soluciones. Una de ellas era fácilmente identificable, pues era para lo que se había creado esa ecuación: entender cómo se comporta el electrón. ¿Pero qué misteriosa forma de materia podría corresponder a la segunda solución? ¿Era todo un curioso juego matemático o la naturaleza nos estaba escondiendo algo?

Y la sorpresa fue en aumento cuando observó que la energía de estas partículas era ¡negativa! ¿Qué sentido tiene una partícula de energía negativa? ¡Esto no podía ser! Dirac, en un giro de genio, dio el salto crucial: no eran partículas de materia con energía negativa, sino un nuevo tipo de materia igual a la ordinaria, simétrica o espejo de la que conocemos, pero con carga contraria. El resto debía de ser igual: misma masa, mismas interacciones, mismo espín… Las llamó antipartículas. Nadie pareció creer esta idea de genio, pues al fin y al cabo ¿dónde están esas malditas partículas?

Tan solo un año después, Anderson observó por casualidad en un experimento con cámaras de niebla en los rayos cósmicos (partículas que llegan continua y literalmente desde el cielo) unas partículas muy curiosas, iguales que los electrones pero de signo contrario. No tardaron en darse cuenta de que eso que Anderson había observado era en realidad la misteriosa partícula de energía negativa de Dirac. Habían observado la primera partícula de antimateria, el antielectrón, o como es comúnmente conocido, el positrón. Y sí, era la primera vez que alguien con un lápiz y un papel, solo pensando y con el poder de la mente, desenterraba un profundo secreto de la naturaleza.

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Poco después aparecieron las siguientes: el antiprotón, el antineutrón… Todas ellas completamente simétricas de las partículas que conocemos, y con carga opuesta, y con una misteriosa propiedad. No sabía hasta qué punto el nombre de antimateria era apropiado: la materia, en contacto con la antimateria y Pummmmmm… Desaparecía en un estallido de energía. Pero en el resto de propiedades son idénticas, son gemelas, iguales en todo lo demás. Así que al igual que con un electrón y un protón se forma un átomo –el más ligero, el de hidrógeno–, con un antielectrón y un antiprotón se podría formar un antiátomo –el de antihidrógeno–. Y esto, aunque suena a ciencia ficción o a la locura de un científico que no ha salido en mucho tiempo a la calle, es real.

Desde 1996 se producen átomos de antihidrógeno de forma regular en un laboratorio en Ginebra, el CERN. Allí, el Antimatter Deccelerator, AD, una fábrica de antimateria, produce antiprotones, los frena y los aparea con antielectrones, formando anthidrógeno y haciendo que leviten con campos magnéticos potentes en un contenedor. Claro, hay que evitar que entren en contacto con las paredes. Recuerda lo que ocurre cuando materia y antimateria entran en contacto.

Y esto no para aquí: con antiprotones y antielectrones podríamos formar antihelio, antilitio, antiboro, antinitrógeno, anticarbono, ¡antioro! Incluso el comportamiento de las moléculas es igual: con dos antihidrógenos y un antioxígeno podríamos formar antiagua, que fluiría igual que el agua, tendría el mismo aspecto, la misma viscosidad, propiedades ópticas, químicas... Ese antiagua podría fluir en el anticauce de un antirío, bajando por una antimontaña, llegando a un antilago donde antianimales podrían beberla, o antibeberla, como quieran, y antipersonas como tú o yo podríamos ir allí a pescar, o ir en cambio de paseo o a jugar al Minecracft. Sí, ese antiagua sería igual que el agua que bebemos. Se evaporaría y condensaría igual que el agua normal… ¿Te imaginas cantar bajo la antilluvia? Sería muy romántico, pero catastrófico: recuerda una vez más que materia y antimateria… Pummmmm.

Y todo esto es ciencia, no es ficción. Es ciencia probada, estudiada, demostrada. Se han observado y medido antipartículas en los rayos cósmicos, se han producido en entornos controlados dentro de laboratorios, se han visto en materiales radioactivos y se han comprendido usando la ciencia. Y ya hay aplicaciones. Sin ir más lejos, se utiliza en hospitales. En uno conocido como PET, la tomografía por emisión de positrones, una técnica moderna para poder “observar” dentro del cuerpo humano gracias a la aniquilación de positrones con electrones.

Una ciencia que deja abierto el espacio para la imaginación con infinitas posibilidades para estos dos mundos simétricos, materia y antimateria, gemelos destinados a destruirse mutuamente. ¿Se podrá utilizar la antimateria algún día como fuente 100 % eficiente de energía para impulsar naves espaciales? ¿O para iluminar nuestras ciudades? ¿Llevaremos la antimateria a los hospitales para mejorar nuestras técnicas de tratamiento de cáncer, atacando directamente los tumores con antimateria, lo que supone un método menos destructivo para las células sanas? ¿Esconderá esta nueva forma de materia algún otro secreto totalmente inesperado?

Y mientras no paramos de descubrir nuevas propiedades y aplicaciones de la antimateria, siguen muchos enigmas por resolver sobre esta misteriosa y bella simetría. Si antipartículas y partículas se crean a pares y se destruyen a pares, ¿dónde está la antimateria que se creó en el origen del universo, en el Big Bang? ¿Estará concentrada en algún rincón del universo, o acaso se desvaneció para siempre? ¿Habrá huido a una dimensión paralela o incluso a otro universo? De ser así, ¿habrá algún antiplaneta rocoso? ¿Podría haber antivida en el universo, incluso antivida inteligente? Son preguntas que hoy no podemos responder pero, gracias al trabajo de científicos brillantes en todo el mundo, poco a poco vamos aclarando para entender mejor el universo en que vivimos.

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Materia y antimateria, dos realidades, dos mundos, y un universo que no deja de sorprendernos y mostrarnos su cara más misteriosa y a la vez más bella. Pero eso sí, si algún día vas caminando y te encuentras con alguien parecido a ti y estás seguro de que tu padre no oculta un pasado oscuro… no le des la mano o… Pummmmm: te convertirás en polvo de estrellas.

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* Físico y divulgador científico. Autor de libros como El bosón de Higgs no te va a hacer la cama y Si venimos del mono, ¿por qué somos tan cerdos? Es fundador del proyecto de divulgación internacional The Big Van Theory.

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