Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

Antimateria, ¿dónde está?

Hace unos veinte mil millones de años el "huevo cósmico", sobre cuyo origen y características existen diversas hipótesis científicas, sufrió la gran explosión, el Big Bang. El Universo comenzaba su gran aventura, poblándose de materia, pero también de antimateria. Pero, ¿dónde se encuentra esa antimateria?

La actualmente admitida y vigente Teoría Estándar de la Materia nos enseña que las partículas individuales de la materia pertenecen a dos familias diferentes, la de los quarqs y la de los leptones; que cada una de esas familias cuenta con tres generaciones y que, por cada generación, existen dos partículas diferentes.

Ello significa la existencia de los 6 quarqs siguientes: u (up) y d(down), en la primera generación; c(charm) y s(strange), en la segunda generación; y t (top) y b (bottom) en la tercera generación. Precisamente la última partícula elemental descubierta fue el quarq top, en el acelerador Fermilab, de las afueras de Chicago, el 2 de marzo de 1995. Una situación semejante ocurre con los 6 leptones: e (electrón) y neutrino del electrón, en la primera generación; m (muón) y neutrino del muón, en la segunda generación; y t (tau) y neutrino del tau, en la tercera generación. Y cada una de esas partículas individuales cuenta con su adecuada antipartícula, con la misma masa y carga opuesta, de modo que al electrón le corresponde el antielectrón (o positrón), al quarq u el antiquarq u y así sucesivamente. Si una partícula se pone en contacto con su antipartícula correspondiente se produce el fenómeno de aniquilación, es decir, que se funden y desaparecen, convirtiéndose, en una primera transformación, en energía o fuerza, de acuerdo con la conocida ecuación de Einstein que relaciona la energía con el producto de la masa por el cuadrado de la velocidad de la luz.

ANTIMATERIA. La primera detección de antimateria la realizó Dirac en los años 30, encontrando positrones (antielectrones) en la radiación cósmica que llegaba a la Tierra. Posteriormente, sobre todo a partir de los años 50, con el uso pacífico de los grandes aceleradores de partículas, se fueron produciendo o descubriendo muchas de las antipartículas elementales. Actualmente, las antipartículas elementales, sobre todo los antiprotones, se pueden obtener, detectar, recolectar, confinar y almacenar, usando sofisticadas tecnologías basadas en los aceleradores de partículas y las acciones de los campos magnéticos. En abril de 1996 se abrieron unas nuevas e interesantísimas posibilidades con la obtención, no ya de antipartículas elementales, sino de unos verdaderos 11 preciosos antiátomos de antihidrógeno. Se trataba del experimento PS210 y lo consiguieron científicos alemanes y europeos en las instalaciones del CERN en las afueras de Ginebra. Desde entonces ello se ha repetido y mejorado.

¿Qué interés práctico puede tener la "domesticación" de la antimateria?. Uno de ellos es como fuente energética en aplicaciones concretas. Por ejemplo, con el uso de antimateria y su aniquilación controlada, con la correspondiente materia, los depósitos de combustible de los cohetes y vehículos espaciales podrían reducir su volumen a menos del 10% del actual, permitiendo recorridos más largos y de mayor duración. Para conseguir esos fines el proyecto ICAN-II está en fase de Investigación, en la Universidad de Pennsylvania. También se están estudiando los diseños adecuados que permitan el uso médico de los rayos de antiprotones, bien para implantar nuevos y más potentes métodos exploratorios de análisis de zonas corporales, o bien como verdaderos proyectiles destructivos de zonas tumorales previamente señaladas como blancos o dianas.

UNIVERSO Y ANTIUNIVERSO. Tal como indicábamos antes, el Big Bang, teoría ampliamente aceptada por los científicos expertos en la evolución del Universo, significó la conversión de la ingente energía acumulada en el "huevo cósmico" en forma de partículas y de antipartículas elementales, a partir de un primer instante en el que la densidad era 4.000 millones de veces la del agua y la temperatura de 100.000 millones de grados centígrados. Comenzaba, vertiginosa, la gran expansión. Al cabo de un segundo la densidad y la temperatura se habían reducido a la décima parte y comenzaron a formarse protones, neutrones, antiprotones, etcétera. A los 30 minutos, con "solo" 300 millones de grados se habían aniquilado muchas partículas con sus antipartículas correspondientes, pero en otros casos, al alejarse entre ellas se evitó la aniquilación.

Y hubo de transcurrir un millón de años de enfriamiento para que empezasen a formarse los átomos de los elementos químicos que hoy conocemos. Teóricamente en el Universo debería existir la misma antimateria que materia, quizá en forma de antiestrellas, antigalaxias, etcétera, pero, ¿dónde está?. Es difícilmente detectable. Hasta ahora todo parece indicar que la cantidad de antimateria en el Universo es escasa, que la materia le ganó la batalla a la antimateria, es decir, que no hubo simetría sino disimetría en sus respectivas producciones. En la actualidad existen diversas teorías al respecto así como muchas investigaciones para intentar explicar esta situación, aunque todavía no contamos con una explicación convincente del fenómeno.

El modo práctico de detectar la antimateria del Universo se basa en una consecuencia de la aniquilación de sus positrones con los electrones de la materia: la producción de rayos gamma característicos, con una energía de 511 kiloelectronvoltios, un valor 250.000 veces superior al de la energía de la luz visible normal. Por ello, la detección de esos rayos gamma equivale a la de la antimateria correspondiente. Y, al respecto, existen algunas novedades interesantes.

ANTIMATERIA PRÓXIMA. En abril del año 1991 se puso en órbita el Observatorio de Rayos Gamma Compton, uno de cuyos instrumentos es el OSSE (Oriented Scintillation Spectrometer Experiment), sensible a los rayos gamma de 511 keV, 10 veces más sensible a ellos que los instrumentos anteriormente existentes. Ya en los años 70 se habían hecho observaciones relativas a la posible presencia de una radiación gamma de esas características en el centro de nuestra propia galaxia, cercana a un agujero negro allí existente conocido como El Gran Aniquilador. El año pasado, precisamente con el OSSE, finalmente se pudo detectar una gran cantidad, desconocida e inesperada, de radiación gamma de 511 keV, en forma de verdaderas "nubes de antimateria", situadas en el centro de nuestra Galaxia, a 3000 años-luz de distancia. Su origen es tema de discusión entre los expertos, barajándose diversas posibilidades: explosiones simultáneas de múltiples estrellas; material expulsado de alguno de los diversos agujeros negros situados en la parte central de la Galaxia; el comienzo de dos estrellas de neutrones, u otra cualesquiera alternativa.

Es evidente que la antimateria sigue encerrando incógnitas tremendamente apasionantes. De ahí el gran interés de un gran esfuerzo internacional que se pretende concretar con la puesta en órbita de un nuevo y más potente detector de antimateria. Se trata del proyecto AMS (Alpha Magnetic Spectrometer), que será 100.000 veces más sensible a la antimateria que las tecnologías actuales. El detector se situará en la Estación Espacial Internacional, previsiblemente operativa en el año 2001. Por primera vez el hombre podrá investigar la antimateria en el Universo a distancias por ahora insospechadas. Y posiblemente seamos capaces de encontrar explicaciones a la, por ahora, misteriosa escasez de antimateria en el Universo.