Antimateria, el escurridizo envés del Universo

Según las teorías actuales de la Física, a cada partícula de materia corresponde otra de antimateria con igual masa pero carga eléctrica opuesta. Pero ello plantea un problema: ¿dónde está la antimateria? Hasta ahora se han hecho avances pero continúa siendo misteriosa. De hecho, un equipo científico de Estados Unidos ha logrado producir el mayor núcleo de antimateria conseguido hasta ahora. Se trata del Antihelio 4.

Según las teorías actuales de la Física, por cada partícula de materia existente en el Universo, existe otra de antimateria con igual masa pero opuesta carga eléctrica. Serían como el haz y el envés de una moneda. Ésta última estaría formada por antipartículas, ya prefiguradas en 1928 por el científico británico Paul Dirac con una conocida ecuación.

Sin embargo, esta tesis presenta un problema: si esto es así, cuando ambas entrasen en contacto, se aniquilarían mutuamente dando como resultado energía. Lógicamente, ello da lugar a una de las mayores incógnitas de la Ciencia actual: si durante el famoso Big bang se creó igual cantidad de una que de otra y puesto que el Universo está constituido por materia, ¿dónde está la antimateria correspondiente?

Foto de Paul Dirac y Gustav Kirchof

Retrato de Paul Dirac acompañado de Gustav Kirchof

Para explicarlo, la Física ha acuñado el término ‘bariogénesis’, que sería, por tanto, el proceso por el que la cantidad de materia superó a la de antimateria. Y, como explicación a tal cuestión ha brindado tres teorías.

La primera de ellas presupone una mínima mayor cantidad de materia respecto a su opuesta tras el Big Bang. Así, el Universo será resultado de esa ínfima descompensación. Para hacernos una idea, se estima tal desequilibrio en una partícula de materia de más por cada diez mil millones de parejas materia-antimateria de ellas.

La segunda, propuesta por el ruso Andrei Sajarov, señala que partículas de materia y su reverso de antimateria no serían exactamente simétricas, algo que recientes experimentos parecen confirmar. De este modo, las propias leyes físicas que rigen el Universo favorecerían el predominio de la materia. Para complicarlo aún más, una variante de esta teoría señala que sería la materia oscura, al interactuar de forma diferente con una y otra, la que propiciaría la supervivencia de la materia.

Finalmente, una tercera tesis habla de la existencia de galaxias de antimateria ligadas entre sí por antigravedad. Dicho con otras palabras, que hay regiones del Universo formadas por antimateria. No obstante, esta opción, aunque no ha sido del todo descartada, se cree muy improbable.

Como quiera que sea, la búsqueda de antimateria ha preocupado a la Física desde hace años y son muchos los científicos que se han lanzado a demostrar su existencia. Tras el hallazgo de Dirac, Carl D. Anderson descubrió, en 1932, el positrón o electrón inverso. Más tarde, Emilio Segrè y Owen Chamberlain hallaron el antiprotón y antineutrón.

Con estas bases, ya en 1965, serían Antonino Zichichi y León Lederman -éste último en el Laboratorio Nacional de Brookhaven (Estados Unidos)-, por separado, los que consegurían crear una antipartícula constituida por un antiprotón y un antineutrón a la que denominaron antideuterón. Es en este momento cuando, por vez primera, se puede hablar de la antimateria con base empírica.

Todos estos pasos fueron abriendo el campo a científicos posteriores que, además, contaban con mejores instrumentos técnicos. De esta suerte, en 1996, el CERN dio a conocer un experimento llevado a cabo por Walter Oelert y Mario Macri que había llevado a la producción en laboratorio de nueve átomos de antihidrógeno.

Foto de la entrada al CERN, en Ginebra (Suiza)

Una vista del acceso al CERN, en Ginebra (Suiza), que también trabaja sobre la antimateria

Más tarde, un equipo de investigadores japoneses al cargo de F. J. Hartmann anunció la creación de un átomo de helio antiprotónico, compuesto de materia y antimateria, que constaba de dos protones, dos neutrones, un electrón y un antiprotón que sustituía al segundo electrón. Lamentablemente, tan sólo sobrevivió quince millonésimas de segundo.

Más tiempo resistieron los treinta y ocho átomos de antihidrógeno creados en 2010 por los científicos del CERN: aproximadamente, dos décimas de segundo. Lograron formarlos entre diez millones de antiprotones y setecientos millones de positrones.

De la importancia que tendría para la Ciencia la creación de antimateria da idea el coste de estos experimentos. Según las estimaciones, la creación de un miligramo de ella costaría alrededor de sesenta mil millones de dólares. Su producción, además de consumir grandes cantidades de energía, es poco eficiente y su conservación resulta igualmente muy onerosa debido a que se aniquila al contacto con su reverso, la materia.

Sin embargo, los trabajos continúan y ahora un grupo de científicos del anteriormente citado Laboratorio Nacional de Brookhaven han conseguido producir el mayor átomo de antimateria logrado hasta ahora en un experimento. Son núcleos de Antihelio 4, formados por dos antiprotones y dos antineutrones.

Estos investigadores ya habían anunciado el pasado año el hallazgo de un raro núcleo atómico, compuesto de antimateria y que, además, incorporaba un extraño tipo de quarks –constituyentes fundamentales de la materia, junto a los leptones-, distintos de los habituales.

Para conseguir los núcleos de Antihelio 4, los científicos de Brookhaven utilizaron el RHIC, un colisionador de iones que posee este laboratorio. Durante su trabajo, llevaron a cabo más de mil millones de impactos entre partículas. De la energía liberada en estos choques, surgieron medio billón de nuevas partículas entre las que se encontraban un puñado de las de Antihelio 4.

El valor del descubrimiento se aprecia en las palabras de Xiangming Sun, uno de estos investigadores perteneciente a la Universidad de Berkeley: “Es probable que el Antihelio sea la partícula más pesada que se pueda ver en un acelerador durante bastante tiempo. Después del Antihelio, el siguiente núcleo estable de antimateria sería el Antilitio, cuya producción en un acelerador es dos millones de veces menos probable que la del Antihelio.

Foto del transbordador Endeavour

El transbordador espacial Endeavour

En cualquier caso, el nuevo hallazgo aporta datos muy útiles al AMS, un nuevo detector de antimateria que acaba de partir rumbo a la Estación Espacial Internacional a bordo del Endeavour en lo que, además, será el último viaje de este transbordador.

El Espectrómetro Magnético Alfa (AMS por sus siglas en inglés) es un complejo aparato preparado para encontrar partículas más pesadas de antimateria en el Universo. La intención, de hecho, es que permita averiguar si existen estrellas e incluso galaxias enteras constituidas por completo de antimateria.

En concreto, con la aportación de los científicos de Brookhaven, el AMS podría localizar nubes de Antihelio en el espacio con lo cual demostraría la existencia de antimateria en nuestro Universo.

De cualquier modo, aunque se han dado pasos importantes, la existencia de esta cruz de la cara que supone la antimateria respecto de la materia aún continúa siendo un misterio para el ser humano.

Fuentes: La Antimateria y ABC Ciencia.

Fotos: Paul Dirac y Gustav Kirchof: Maugdo Vásquez López en Artelista | Acceso al CERN: Tompagenet en Flickr | Endeavour: Jurvetson en Fotopedia.

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