Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

¿Qué fue de la antimateria?

El concepto de antimateria nació rodeado de una especie de halo misterioso y visionario, aunque en la actualidad las partículas de antimateria se fabrican y almacenan cotidianamente en diversos laboratorios especializados del mundo, guardándose durante meses en botellas especiales hechas de combinaciones de campos eléctricos y magnéticos.

Se espera, incluso, que pronto puedan ser transportados de un lugar a otro los contenedores con antimateria para que sean utilizados, bien por los físicos, en sus estudios sobre la naturaleza fundamental de la materia, bien por los médicos, en tratamientos contra el cáncer, o por los ingenieros para diversos usos prácticos, incluyendo la transmutación nuclear y la propulsión espacial.

ANTIMATERIA. ¿Qué es la antimateria?. En 1929 el físico inglés Paul Dirac fue capaz de combinar las teorías de la mecánica cuántica, del electromagnetismo y de la relatividad para dar forma a una nueva teoría que aclaraba muchas observaciones experimentales hasta entonces sin explicación adecuada. La nueva teoría predecía que para cada partícula debería existir otra partícula que fuese como su imagen en el espejo, con la misma masa, pero con cargas y spines opuestos. Si hay un electrón, debe existir un antielectrón (actualmente conocido con el nombre de positrón) al igual que la contrapartida de un protón es un antiprotón. Así, mientras un átomo de hidrógeno está constituido por un protón y un electrón, el del antihidrógeno lo estaría por un positrón orbitando a un antiprotón. Otro punto de gran interés es que la teoría de Dirac predice que si una partícula y una antipartícula se ponen en contacto, mutuamente se aniquilan, las cargas eléctricas desaparecen y sus masas se convierten completamente en energía.

A raíz de postularse la existencia de antimateria, la imaginación de los científicos y de los escritores de Ciencia ficción se disparó imaginando antiátomos, antiseres (incluyendo antihombres), antiplanetas, antiestrellas y antigalaxias. El propio Dirac, al recibir el Premio Nobel de Física en 1932, se permitió, en el discurso de aceptación, especular con las posibilidades de los mundos de antimateria.

MASA Y ENERGÍA. De acuerdo con la conocida ecuación de Einstein de equivalencia entre masa y energía, es decir, que E = m.c2, la creación de las partículas de materia/antimateria se realizó por parejas, a partir de la energía. Los físicos utilizan el concepto energético de electrón-voltio, ev, que es la energía que adquiere un electrón cuando se acelera a través de una diferencia de potencial de un voltio. Un ev es del mismo orden que la energía típica que se libera en las reacciones químicas que ocurren entre átomos individuales y moléculas. Para mayores cantidades se utilizan los prefijos kilo (1 Kev = 1.000 ev); mega (1Mev = 106 ev) y giga (1Gev = 109 ev). Como comparación, sepamos que un tubo de TV operando a 20.000 voltios crea un haz de electrones con una energía de 20 Kev y que las tremendas energías de los reactores nucleares consiguen crear partículas en el rango de Mev. Las energías para la creación o destrucción de las parejas de partículas materia/antimateria son muy altas, suponen 1 Gev en el caso de electrón/positrón, y 2 Gev en el de protón/antiprotón. No existían, en la época a que nos estamos refiriendo, máquinas o instrumentos capaces de acelerar partículas hasta ese rango de energías.

Entonces, ¿cómo pudo descubrir el hombre la primera antimateria?. La respuesta se basó en que los rayos cósmicos procedentes del firmamento si poseen partículas con ese rango de energías tan alto. Ya en los años 30, usando un detector de rayos cósmicos, el físico Carl Anderson del Instituto de Tecnología de California, Premio Nobel de Física de 1936, pudo caracterizar la presencia del primer positrón o antielectrón.

Posteriormente, a mediados de los años 50, como consecuencia del proyecto Manhattan de la bomba atómica, los científicos habían desarrollado aceleradores de partículas, sincrotones, capaces de producir antiprotones, antineutrones e incluso antipartículas más pesadas, como el antideuterón, contrapartida o antinúcleo del deuterio, obtenido en 1965. En los laboratorios del CERN, en Ginebra, se obtuvieron ya en 1978 buenas cantidades de núcleos antideuterones, antitritios y antihelios, cuya aniquilación tenía lugar casi inmediatamente tras su detección. Pero a finales de los 80 ya se habían desarrollado procedimientos capaces de producir y capturar numerosos antiprotones, aunque con un proceso todavía muy caro y poco eficiente, del orden del 1%, es decir, que de cada 100 antiprotones fabricados solo se captura uno, aniquilándose los 99 restantes. Una vez capturados, lo que sí se ha avanzado espectacularmente es el problema de su almacenamiento mediante combinaciones de campos eléctricos, magnéticos, de radiofrecuencias, etcétera. Hay en la actualidad dispositivos de relativo poco tamaño en los que se consigue guardar durante meses cantidades del orden de billones de antiprotones, con la única necesidad de mantenimiento proporcionada por una sencilla batería de 9 voltios.

EL UNIVERSO. Una vez conocida la situación actual retrocedamos en el tiempo, hasta la creación del Universo. Si de acuerdo con las leyes de la Física, las partículas y antipartículas han de ser creadas necesariamente en parejas y en iguales cantidades, ello significaría que la mitad del universo debería estar formado de antimateria. Deberían existir antigalaxias con antiestrellas, antiplanetas y quizá hasta antiseres vivos. Sin embargo, no existen datos que confirmen esta suposición. Por ejemplo, en el caso de existir, las antigalaxias estarían rodeadas de una tenue capa gaseosa de antihidrógeno que, al ponerse en contacto con otras débiles capas de hidrógeno que circundan a otras galaxias, provocaría un proceso de destrucción entre los positrones y electrones respectivos. Se produciría una intensa radiación de fotones de rayos X, con una energía característica de 511 Kev. Hasta ahora, los astrónomos no han podido detectar cantidades apreciables de esta radiación, utilizando los detectores especiales de rayos X situados en los satélites astronómicos espaciales. Tan solo se conocen casos particulares como el "gran aniquilador", la más estudiada fuente de antimateria del Universo, situada en el corazón de la galaxia, emisora de una intensa radiación de 511 Kev, con la caracterización de dos potentes chorros opuestos de materiales que se suponen son electrones y positrones, respectivamente.

Para intentar explicar el misterio de la antimateria perdida se han propuesto numerosas hipótesis, pero hasta ahora ninguna está suficientemente contrastada y aceptada. Puede ser que en los primeros instantes tras el inicial Big Bang se produjese alguna sutil interacción entre las partículas que fuese el origen de una cierta asimetría entre la materia y la antimateria, es decir, de la producción de más materia que antimateria, pero por ahora todo es demasiado especulativo. Los científicos esperan bases más sólidas para cualquier explicación cuando se profundice más en los estudios de la Física de altas energías. Hasta tanto, con los medios disponibles para crear, capturar y almacenar antimateria lo que comienza a vislumbrarse son las aplicaciones útiles de la antimateria para la Humanidad.