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Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

Antimateria para usar

Si el concepto de antimateria nos lo imaginamos como rodeado de cierto misterio, en principio puede parecernos inalcanzable su utilización práctica, su domesticación para diversas finalidades como la cura de tumores, la obtención de energía en lugares remotos o la propulsión de vehículos espaciales. Sin embargo, sobre todos estos aspectos, ya existen proyectos preliminares.

En el artículo anterior hemos analizado la postulada existencia de la antimateria, sus propiedades más características, el descubrimiento del antielectrón, o positrón, en la radiación cósmica así como la utilidad de los sincrotones en la creación de variadas antipartículas. Ahora nos interesa conocer la potencialidad del uso de la antimateria comenzaremos repasando las dificultades y eficacia actual del proceso de su obtención que, si lo particularizamos en una de las posibilidades más sencillas, la obtención de antiprotones, constaría de las siguientes etapas: 1. Consecución de partículas dotadas de una gran energía cinética; 2. Usar esa energía para producir parejas de partículas/antipartículas; 3. Seleccionar las partículas de antimateria que nos interesen; 4. Almacenado conveniente de las mismas; 5. Utilización adecuada. Para poder seguir el razonamiento posterior recordaremos que un antiprotón lleva asociada una energía del orden de un giga electrón-volt (Gev), es decir, mil millones de electrón-volts.

SINCROTRÓN. Los científicos del CERN, en Ginebra, aun aceleran partículas, protones, con el relativamente antiguo sincrotón de protones con el que se alcanzan energías cinéticas de unos 26 Gev. Sin embargo, en el Fermilab, cercano a Chicago, el acelerador de partículas, conocido como anillo principal, puede conseguir hasta 120 Gev. Teóricamente, un protón que alcance esta energía puede producir 120 reproducciones de sí mismo o 60 parejas de protones/antiprotones. A partir de ahora nos referiremos al caso más favorable, el del Fermilab.

El primer escalón, consistente en lograr partículas de elevadas energías, se realiza con el concurso de los sincrotones que consisten, esquemáticamente, en un gran anillo tubular (con kilómetros de longitud) al que se le provoca un gran vacío y se atraviesa por un intenso campo magnético. El delicado ajuste hace que la trayectoria interior del protón se realice como en una pista de carreras, sin tocar las paredes tubulares del anillo. A lo largo del mismo se colocan ciertos osciladores de radiofrecuencias que producen unas ondas de energía electromagnética, consiguiendo la aceleración del protón. El modo es semejante a como un surfista se ve arrastrado y acelerado por una gran ola en el mar, adquiriendo más velocidad y energía cinética conforme se van dando vueltas al circuito o anillo tubular. En esta primera fase se consume energía eléctrica y la eficacia energética del sistema para poder alcanzar los 120 Gev en las instalaciones actuales es tan solo del 5%.

PRODUCCIÓN. La segunda dificultad es la propia producción de la antimateria, que se alcanza colocando en la trayectoria de los protones acelerados un blanco o diana consistente en un filamento de tungsteno, cobre u otro metal. Tras la colisión se obtiene una verdadera fuente de partículas consistente en una lluvia de fotones (de rayos X y gamma) así como en parejas partículas/antipartículas, de las cuales solo una pequeña fracción son protones/antiprotones. Aunque potencialmente con un protón de 120 Gev se pueden obtener hasta 60 parejas de ese tipo, en la práctica la eficacia del proceso no supera tampoco el 5%.

El tercer paso es la selección de la antimateria dentro del amplio rango de partículas, antipartículas, ángulos y energías disponibles. Se supera con el uso de lentes magnéticas muy sofisticadas que seleccionan y curvan las trayectorias de los antiprotones en movimiento, consiguiéndose capturar y enfocar entre el 10 y el 30% de los antiprotones previamente creados.

La etapa siguiente consiste en recogerlos y almacenarlos. Ello se consiguió hace unos años con un largo tubo anular al vacío, con varios centenares de metros de longitud y diez centímetros de anchura, cuya entrada coincidía con el punto focal de la etapa previa. Mediante una serie de magnetos que rodean el tubo, se ajusta la fuerza del campo magnético, así como el valor y la curvatura del anillo, con lo que enfriando simultáneamente los antiprotones de mayor energía, se cumple el objetivo de que las partículas de antimateria se confinen en el tubo, sin tocar las paredes. La eficacia del proceso vuelve a ser baja y se almacenan tan solo un 1% de los antiprotones, pero si el vacío es suficientemente adecuado los antiprotones se pueden guardar durante tiempo. El recipiente es rellenable, de modo que se acumulan un billón de antiprotones, número muy grande, pero al que le corresponde tan solo una masa de 1,7 billonésima parte de un gramo. En términos energéticos ello significa que, si esa antimateria se aniquilase con su correspondiente materia, la energía liberada podría alimentar durante tres segundos una lámpara de 100 vatios. Sin embargo, en este campo del almacenado de la antimateria se está avanzando mucho. Dos de los tres ganadores del Premio Nobel de Física de 1989 han desarrollado contenedores de antimateria casi portátiles. Por ahora el principal escollo es el del rendimiento, ya que de todos los datos anteriores se puede deducir que la eficacia energética global de todos los pasos es únicamente de una parte por un billón, es decir, que estamos tratando con un combustible sintético con un costo de unos 15 billones de pesetas el microgramo. Pero es seguro que los rendimientos se incrementarán rápidamente en los próximos años. En todo caso, sea cual sea su costo, hay cosas que solo se pueden hacer con la antimateria.

APLICACIONES. Las aplicaciones previstas futuras más interesantes están relacionadas con la Medicina: nuevos métodos de análisis de imágenes mucho mejores que los del TAC (tomografía axial computadorizada), resonancia magnética, etcétera. El uso de antiprotones en forma de proyectiles dirigidos a lugares específicos del cuerpo (tumores) haría que, al aniquilarse en su destino, con cargas positivas allí existentes, se originasen rayos gamma y piones que saldrían del cuerpo, se detectarían y producirían las correspondientes imágenes precisas. La energía liberada podría usarse para destruir el tumor. Incluso con la limitada producción actual diaria de antiprotones, sería suficiente, cuando se fabriquen los equipos correspondientes, para estudiar a varios millares de pacientes o para tratar varias docenas de tumores cancerosos.

En los últimos años se han celebrado varias reuniones científicas internacionales sobre la tecnología de producción y almacenado de antihidrógeno. Por otra parte incluso existen ya diseños de los posibles vehículos espaciales propulsados con antiprotones, que contarían con un recipiente de un peso total de 330 kilos, conteniendo unos pocos kilos de antiprotones, que se irían mezclando adecuada y sucesivamente con los protones del gas hidrógeno recluido en otro recipiente mayor. En todo caso ello significaría reducir hasta su décima parte el tamaño relativo necesario actual para los combustibles sólidos. Se calcula que de este modo las velocidades actuales de despegue se duplicarían o triplicarían y se podrían realizar prácticamente todas las misiones espaciales previsibles con el mismo tipo de vehículo.