Esta semana se estrena la película Ángeles y Demonios, una historia de ficción en la que una sociedad secreta trata de destruir el Vaticano utilizando antimateria robada del CERN, el Laboratorio Europeo de Física de Partículas. En este centro internacional trabaja Teresa Fonseca Martín (Ourense, 1976), una física que explica a SINC la realidad científica de la antimateria.
¿Qué es exactamente la antimateria? ¿Existe realmente?
La materia del Universo está constituida por partículas elementales, y cada una de ellas tiene su correspondiente «antipartícula». Las dos existen y son exactamente iguales en todo, menos en su carga. Por ejemplo, la antipartícula del electrón es el antielectrón o positrón. Ambas poseen las mismas propiedades fundamentales (como la masa o el espín), pero el electrón tiene carga negativa y el positrón positiva. Estas antipartículas se generan en muy pocos procesos naturales, aunque en laboratorios como el CERN se producen de forma rutinaria para los experimentos.
El termino antimateria es un poco vago: puede referirse a las antipartículas que acabo de mencionar o a la “materia» compuesta hipotéticamente por estas antipartículas. Así, por comparar con un átomo normal, un antiátomo estaría formado por un núcleo de antineutrones y antiprotones (de carga negativa), en torno al cual orbitarían los antielectrones o positrones (con carga positiva). Con estos antiátomos se podría en principio formar antimateria semejante a nuestra materia, parecido a lo que representa una fotografía revelada respecto a su imagen en el negativo de la película. Teóricamente podríamos tener una mesa o una galaxia echas de antiátomos, aunque hoy en día no hay forma de hacerlo realidad, porque las antipartículas al contacto con la materia ordinaria se aniquilan generando energía
Si se destruyen mutuamente, ¿por qué el universo está constituido de materia?
Esa es una de las cuestiones que la comunidad científica trata de responder. ¿Por qué en los instantes posteriores al Big-Bang no se aniquilaron todas las partículas con sus correspondientes antipartículas, y se formó el universo de materia? Hay muchos experimentos que tratan de arrojar luz sobre el asunto. En los laboratorios de física de partículas, como el CERN, se trabaja sobre ello.
¿Se fabrica entonces antimateria en el CERN, como se indica en la película Ángeles y Demonios?
No, en absoluto. En el CERN no se fabrica antimateria como se muestra en la película, que al fin y al cabo es todo ficción. Además lo de «fabricar» antimateria me suena raro. Es como si estuviésemos hablando de fabricar latas de conserva o de coches. No funciona exactamente así.
En el CERN, y en todos los laboratorios de física de partículas, se producen antipartículas. Las técnicas que se usan para estudiar las partículas elementales producen casi tantas antipartículas como partículas, en parejas. El objetivo de estos estudios es entender cuáles son los componentes fundamentales de la materia, aquellas partículas que ya no se pueden dividir en otras más pequeñas, además de profundizar en las leyes que rigen sus interacciones. El conocimiento de estos procesos nos ayudará a comprender mejor el Universo.
Algunos de los experimentos van encaminados especialmente a producir antiátomos para entender mejor las propiedades de la materia. Por ejemplo, el experimento PS210 del CERN produjo los primeros átomos de antihidrógeno en 1995. En 2002 dos experimentos (ATHENA y ATRAP) consiguieron generar algunos miles de átomos de antihidrógeno. Aunque esto pueda sonar a mucho, realmente unos miles de átomos es muy poquito. Necesitarías 10.000.000.000.000.000 veces más para llenar un globo de cumpleaños con antihidrógeno.
¿Utiliza las antipartículas en su trabajo?
En mi caso trabajo en ATLAS, uno de los cuatro experimentos principales del LHC o Gran Colisionador de Hadrones, que volverá a funcionar el próximo otoño. Cuando realizamos los análisis tenemos partículas y antipartículas, pero éstas últimas son sólo herramientas que utilizamos para estudiar, no el objeto de estudio en sí mismo.
¿Y es fácil producir antimateria?
Producir antipartículas es relativamente «fácil». De hecho ocurre habitualmente en la naturaleza, en un tipo de desintegración radioactiva denominada “desintegración beta”. También se producen con los rayos cósmicos, que son partículas de altas energías que llegan a la atmósfera y al interaccionar con ella se producen cascadas de partículas.
Pero producir antiátomos es mucho muy difícil, y almacenarlos todavía más. Generar estructuras más complejas, como una mesa de antimateria, actualmente es imposible y de momento no conocemos ninguna forma para poderlo hacer en el futuro.
¿Por qué resulta tan difícil almacenar la antimateria?
Cuando las antipartículas o los antiátomos tocan la materia habitual se aniquilan emitiendo energía. Por tanto, almacenar antimateria es muy difícil. Para resolverlo, las antipartículas cargadas se almacenan utilizando «trampas electromagnéticas».
Las antipartículas neutras y los antiátomos son aun mucho más difíciles de almacenar, ya que es imposible usar campos eléctricos y magnéticos constantes para confinarlos, porque básicamente no les afectan. Se han planteado ideas como el uso de «botellas magnéticas» (campos magnéticos “inhomogéneos” que confinan las partículas) o «trampas ópticas», mediante el empleo de láseres.
¿Y se podría conseguir fácilmente una bomba de antimateria como la que aparece en la película?
Es imposible fabricar una bomba de antimateria. Es ciencia ficción y lo seguirá siendo durante muchos siglos. Para producir un cuarto de gramo de antimateria, como el que se señala en el libro, el CERN tendría que estar trabajando millones de años.
Con la tecnología actual no es posible producir esas cantidades de antimateria y almacenarla, y tampoco es previsible ningún avance en la tecnología que haga cambiar esta perspectiva en un futuro próximo. La gente debería preocuparse por las armas nucleares y químicas. La antimateria no es un problema a nivel bélico.
¿La antimateria tiene ya algún uso comercial?
Las antipartículas se producen rutinariamente en los escáneres PET (Positron Emission Tomography), la tomografía por emisión de positrones (los antielectrones), que se usa en diagnósticos médicos. Actualmente también se investiga la posibilidad de utilizar antiprotones en terapias contra el cáncer.
¿Y posibles usos futuros de la antimateria? ¿Podría ser la solución al problema energético, utilizándola de combustible, como en la nave Enterprise de Star Trek?
Los usos futuros están por inventar, y que yo sepa todavía no hay nada desarrollado. En cualquier caso, no va a ser la solución al problema energético a corto plazo. Cuesta mucha energía producir antipartículas y es muy difícil almacenarlas. La energía que se libera cuando se aniquilan por entrar en contacto con las partículas seria mucho menor que la invertida en todos los procesos anteriores. Además, tampoco existen mecanismos eficientes para poder utilizar esa energía liberada.
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Más información en la web del CERN.
