En la física de partículas, se conoce como antimateria al tipo de materia constituida por antipartículas, en lugar de partículas ordinarias. Es un tipo menos frecuente de materia.
La antimateria es muy parecida a la materia
común, la única diferencia está en la carga
eléctrica de las partículas y en algunos números cuánticos.
Así, un antielectrón, también llamado positrón, es la
antipartícula del electrón, que tiene sus mismas propiedades excepto la carga
que es positiva. Los antineutrones, por su parte, son neutros (como los
neutrones) pero sus momentos magnéticos son opuestos. Finalmente, los
antiprotones se diferencian de los protones en que tienen carga negativa.
Al interactuar, la antimateria y la
materia se aniquilan mutuamente tras unos
pocos instantes, liberando enormes cantidades de energía en
forma de fotones de alta energía (rayos gamma) y otros pares de partículas
elementales partícula-antipartícula.
En los estudios de física se
distingue entre partículas y antipartículas empleando una barra horizontal
(macrón) sobre los símbolos correspondientes al protón (p), electrón (e)
y neutrón (n).
Los átomos formados por antipartículas no
existen naturalmente en la naturaleza porque se aniquilarían con la
materia ordinaria. Tan solo una muy pequeña cantidad ha sido exitosamente
creada en experimentos destinados a la formación de anti-átomos.
La existencia de la antimateria fue
teorizada en 1928 por el físico inglés Paul Dirac (1902-1984) cuando
se propuso formular una ecuación matemática que combinara los principios de
la relatividad de Albert Einstein y los de
la física cuántica de Niels Bohr.
Este arduo trabajo teórico fue resuelto
con éxito y de allí se obtuvo la conclusión de que tenía que existir
una partícula análoga al electrón pero de carga eléctrica positiva. A esta
primera antipartícula se la llamó antielectrón y se sabe hoy en día que su
encuentro con un electrón ordinario conduce al aniquilamiento mutuo y a la
generación de fotones (rayos gamma).
Por ende, era posible pensar en la
existencia de antiprotones y antineutrones. La Teoría de Dirac se confirmó en
1932, cuando se descubrieron positrones en la interacción entre los rayos
cósmicos y la materia ordinaria.
Desde entonces se ha observado el
aniquilamiento mutuo de un electrón y un antielectrón. Su encuentro constituye
un sistema conocido como positronium, de vida media nunca superior
a los 10-10 o 10-7 segundos.
Posteriormente, en el acelerador de
partículas de Berkeley (California, 1955) se logró producir
antiprotones y antineutrones mediante colisiones atómicas de alta
energía, siguiendo la fórmula de Einstein de E = m.c2 (energía
es igual a masa por
la velocidad de la luz al cuadrado).
De un modo semejante, en 1995 se
obtuvo el primer antiátomo gracias a la Organización Europea de
Investigación Nuclear (CERN). Estos físicos europeos lograron crear un átomo de
antimateria de hidrógeno o antihidrógeno, constituido por un positrón orbitando
un antiprotón.
¿Para qué sirve la antimateria?
La antimateria aún no posee demasiados
usos prácticos en las industrias humanas, debido a sus altísimos costos y
a la exigente tecnología que implica su producción y
manejo. Sin embargo, ciertas aplicaciones son ya una realidad.
Por ejemplo, se realizan tomografías por
emisión de positrones (PET), lo cual ha sugerido que el uso de
antiprotones en el tratamiento del cáncer es posible y quizá más
efectivo que las técnicas actuales con protones (radioterapias).
Sin embargo, la principal
aplicación de la antimateria es como fuente de energía.
Según las ecuaciones de Einstein, la aniquilación de materia y antimateria
libera tanta energía que un kilo de materia/antimateria aniquilándose sería
diez mil millones de veces más productiva que cualquier reacción
química y diez mil veces más que la fisión nuclear.
Si se logra controlar y aprovechar estas
reacciones, se modificarían todas las industrias e incluso el transporte. Por
ejemplo, con diez miligramos de antimateria podría impulsarse una nave espacial
hasta Marte.
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