Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

La carrera de la antimateria

"Un grupo de físicos alemanes e italianos han conseguido, POR PRIMERA VEZ EN LA HISTORIA, sintetizar átomos de antimateria, en un experimento que puede ser clave para despejar incógnitas cruciales sobre el origen y la evolución del Universo. El experimento, realizado en el Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN), abre la puerta a la exploración sistemática del llamado antimundo".

De este modo se presentaba recientemente en los medios de comunicación mundiales, entre ellos los españoles más relevantes, la noticia del anuncio del CERN indicando que un equipo científico liderado por el profesor Walter Oelert había enviado para su publicación, en la revista PHYSICS LETTER, un artículo describiendo la producción de algunos átomos de antihidrógeno, de antimateria. Evidentemente se trataba de un hito científico y el conocimiento de la antimateria puede aclararnos mucho sobre el origen del universo y su posible uso como fuente energética pero, realmente ¿se trata de la primera obtención de antimateria por el hombre ?. Evidentemente no. Como exponíamos en dos divulgaciones científicas, en las que se trataba el tema general de la antimateria, publicadas a finales de 1994, al referirnoa a la década de los 80 : "en los laboratorios del CERN en Ginebra ya se obtuvieron buenas cantidades de núcleos antideuterones, antitritios y antihelios…". Se podría argumentar que ahora no se trata de la primera antimateria, en el sentido de antipartículas, sino de la primera obtención de antiátomos completos. Pero, también, en este punto existen precedentes a tener en cuenta.

HISTORIA. La existencia del concepto de antiátomos data de 1898, cuando A. Schuster así lo imaginó, indicando que sus propiedades deberían ser las totalmente opuesta a las de los átomos ordinarios, siendo la antimateria como una imagen en el espejo de la materia que nosotros conocemos en nuestro mundo. De la aplicación de la famosa ecuación cuántica del gran físico teórico inglés Paul Dirac, en 1928, se pudo postular la existencia de antielectrones, es decir, electrones cargados positivamente, lo que hoy día conocemos como positrones. En 1932 Dirac recibió el Premio Nobel de Física con una disertación en la que especuló sobre la antimateria y los antimundos, y ese mismo año Carl Anderson pudo atrapar los primeros positrones, que estaban presentes en los rayos cósmicos que, continuamnte. nos llegan a la Tierra.

Recordemos que un átomo de hidrógeno normal está formado por un protón y un electrón. A partir de un antielectrón, para llegar al antihidrógeno se necesitaría también un antiprotón. El descubrimiento de esta última partícula tuvo lugar en 1955, en la Universidad de California, Berkeley. Lo que faltaba, por tanto, es que se juntasen el antiprotón con el antielectrón (o positrón), dando lugar al antihidrógeno. Ello es lo que se ha hecho en el CERN.

ANTIHIDRÓGENOS. Aunque lo fue de un modo casual, como suele suceder con un buen número de descubrimientos científicos, la obtención de antihidrógeno parece que tampoco ha tenido lugar ahora y en Europa, sino hace años, y en América.

Hay que tener presente que los dos grandes grupos pioneros en el campo de la antimateria son los del CERN, en Europa y los del FERMILAB, en EE.UU. En Europa, hasta ahora, para acelerar las partículas hay que contar con el ya antiguo sincrotón de protones, con el que se alcanzan energías de 26 Gigaelectronvoltios(GeV) mientras que con el acelerador anillo principal del FERMILAB, cerca de Chicago, se llegan a obtener energías de 120 GeV. En estas últimas instalaciones, al realizar el experimento codificado como E760, que pretendía finalidades distintas, hace ya varios años, se detectó la casi segura producción de antihidrógeno, aparecido al interceptarse un intenso haz de antiprotones con un blanco constituido por un haz de gas hidrógeno. Actualmente se está intentando repetir y confirmar ese experimento, usando haces de 10 billones de antiprotones dirigidos al blanco, que posee una densidad de 10 billones de átomos de hidrógeno por centímetro cuadrado, todo ello a la tremenda velocidad de un millón de veces por segundo. Aun así la probabilidad de obtención de antihidrógeno será muy baja, de unos pocos antiátomos a la semana.

En Europa, los científicos del CERN han de usar, por ahora, los aceleradores sincronizados al LEAR o anillo antiprotónico de baja energía. De ese modo consiguen propulsar varios millones de protones por segundo, con suficiente energía para que, al chocar contra un blanco de átomos de berilio, se originen parejas de partículas/antipartículas, y entre ellas pueden hallarse varias parejas de protones/antiprotones. Algunos de tales antiprotones son cazados mediante una trampa enfriadora y guardados en recipientes adecuados.

El experimento PS210, que es el que tanto revuelo informativo ha ocasionado, se ha realizado usando los antiprotones así obtenidos y cazados. Tras ello, se aceleraron en el LEAR y se hicieron llegar, a la velocidad de 3 millones de veces cada segundo, contra un blanco constituido por núcleos del gas xenon, lo que condujo a la producción de un pequeño número de parejas electrones/positrones. Ello significaba disponer simultáneamente de antiprotones y de antielectrones, con lo que se produjo, muy ocasionalmente, su unión en forma de átomo de antihidrógeno. Ello ocurrió en total 11 veces, es decir se produjeron en total 11 átomos de antihidrógenos, una cantidad ínfima ya que basta recordar que 1 gramo de hidrógeno posee cerca de ¡un billón de billones de átomos de hidrógeno! . La probabilidad total del proceso, por ahora, es inferior a 1 parte por diez millones de billones de ocasiones.

¿FUENTE FUTURA DE ENERGÍA?. La antimateria al unirse con la materia se aniquila y proporciona energía según la ecuación de Einstein. Por ello la antimateria puede ser una reserva y fuente energética. Pero, HOY POR HOY, los datos al respecto son muy limitantes:

a. No existe en el mundo conocido antimateria relativamente disponible
b. Hasta ahora, en el proceso de obtener una unidad de energía como antimateria hemos de gastar previamente 100 millones más de energía.
c. La eficacia del almacenado actual de antiprotones es tan solo del orden del 1%.
d. Si toda la capacidad del CERN se usara para producir antiprotones, los resultados finales al cabo de un año únicamente servirían para mantener encendida una lámpara de 100 vatios durante 3 segundos.
e. Si se acudiera a usar toda la capacidad mundial de antimateria producible la lámpara no podría estar encendida más de 6 minutos.
f. Todas las reservas energéticas mundiales existentes de carbón, gas y petróleo, una vez convertidas en antiprotones, con los rendimientos actuales, producirían una energía insuficiente para que un automóvil pudiese dar la vuelta a España haciendo un recorrido costero.

Por tanto, la producción de átomos de antimateria la debemos considerar un hito científico que servirá para investigar sobre el origen del Universo, la naturaleza de la materia, las razones de la desaparición de la primera antimateria producida tras el BIG BANG, etcétera, pero, por ahora, son meras especulaciones las posibilidades de su utilización energética práctica.