La antimateria
Mucha de la gente que se inicia en la astronomia, generalmente se encuentra con ésta palabra: 'antimateria', ¿pero que es realmente la antimateria? Voy a intentar explicarlo de forma sencilla para que no se necesiten elevados conocimientos físicos para entenderlo.
El descubrimiento de la antimateria
En el año 1928, un joven físico inglés Paul Dirac (1902-1984) formuló una ecuación matemática que combinaba los principios de la relatividad de Einstein con los postulados de la física cuántica de Niels Bohr.
Esta ecuación era considerablemente árida y complicada. Pero cuando este genio de las matemáticas emprendió la tarea de explorar sistemáticamente las consecuencias de su ecuación, se encontró con una verdadera mina de informaciones.
Una de estas consecuencias era que la existencia ya comprobada del electrón implicaba la existencia de un hermano gemelo, con características idénticas sólo que con carga eléctrica positiva. Le llamó anti-electron. Hoy se le llama también positrón.
De su ecuación se desprendía también que el encuentro de un electrón con un anti-electrón hacía que ambas partículas se aniquilaran mutuamente y que se transformaran en fotones.
Hipótesis explican por qué la cantidad de materia superó a la de antimateria
Primera hipótesis: las investigaciones de tres científicos japoneses (Yoichiro Nambu, Makoto Kobayashi y Toshihide Maskawa) confirmaron la teoría de que por cada 10.000 millones de partículas de materia que surgió en el Big Bang, se produjeron 10.000 millones menos 1 partícula de antimateria. Esta diferencia de 1 a 10.000 millones fue la causa de que la balanza se inclinara a favor del cosmos en vez de a la nada.
Si no hubiera sido así, si en el momento del Big Bang hubiera habido igual número de partículas de materia y de antimateria, todo habría quedado reducido a una gigantesca producción de rayos gamma y de fotones, hoy no habría estrellas ni galaxias ni nebulosas y nosotros no existiríamos para estar pensando en estas cosas.
Las investigaciones de estos tres científicos empezaron en el año 1960, cuando Yoichiro Nambu (Tokio, 1921) profesor en la Universidad de Chicago, formuló por primera vez la teoría de la ruptura espontánea de la simetría. Esta ruptura de la simetría implicaba a su vez la existencia de seis tipos de quarks. Estas hipótesis, que no pasaban de ser una teoría, se vieron confirmadas en el año 2001, con los resultados obtenidos en los aceleradores de partículas de Stanford en USA y de Tsukuba en Japón.
Segunda hipótesis, sugerida en 1967 por el físico ruso Andréi Sájarov, postula que las partículas y las antipartículas no tienen propiedades simétricas exactamente iguales.
Recientes experimentos en el acelerador KEK de Japón, sugieren que esto quizás sea cierto, y que no fue necesario ese pequeñísimo exceso de materia en el Big Bang, porque simplemente las leyes físicas que rigen el universo favorecen la supervivencia de la materia frente a la antimateria.
Tercera hipótesis plantea que puede haber regiones del Universo compuestas de antimateria. Hasta la fecha no existe forma de distinguir a largas distancias entre materia y antimateria.
La NASA ha enviado una sonda al espacio para buscar rastros de antimateria, que pudiesen indicar que todavía existe antimateria en el Universo. Sin embargo, hasta ahora, los experimentos no han detectado nada.
Electrón y Positrón
La materia normal como la conocemos, está compuesta de átomos, las distintas organizaciones de distintos átomos forman todos los tipos de moléculas y estos a su vez la materia. Estos átomos están compuestos por electrones, protones y neutrones, los elementos mas pequeños conocidos (sin tener en cuenta los quarks).
La antimateria se compone del mismo modo, con algo llamado anti-átomos, que estan formados por antielectrones (o tambien llamados positrones), antiprotones y el extraño antineutron.
Paul Adrien Maurice Dirac habia deducido, fundándose en un análisis matemático de las propiedades inherentes a las particulas subatomicas, que cada particula deberia tener su 'antiparticula'. Así pues, deberia haber un 'antielectron' identico al electron, salvo por su carga, que seria positiva, y no negativa, y un 'antiproton' con carga negativa en vez de positiva.
Pero... ¿Que es realmente la antimateria y en que se diferencian los electrones, protones y neutrones de los antielectrones, antiprotones y los antineutrones?
La antimateria es materia constituida por la antiparticulas (antielectrones, antiprotones y antineutrones).
La diferencia los electrones y protones de los antielectrones y los antiprotones y los antineutrones es basicamente la carga electrica, son idénticas en aspecto físico y en constitución, sus movimientos rotatorios se han invertido, el polo sur magnetico, por decirlo asi, esta arriba y no abajo, de esta manera su carga eléctrica es la opuesta de lo que deveria de ser.
Como vimos hasta ahora, el positron es la contrapartida del electron por su carga contraria, y el antiproton es tambien 'anti' por su carga. Pero... ¿por que dice anti a una partícula que posee carga neutra? Para responder esta pregunta es necesario explicar brevemente las carateristicas de los positrones y los antiprotones.
El antielectron es tan estable como el electron, de hecho es identico al electron en todos sus aspectos, excepto en su carga electrica. Su existencia puede ser indefinida. Aunque el promedio de 'vida' es de una millonésima de segundo, hasta que se encuentra con un electron, durante un momento relampagueante quedaran asociados el electron y el positron; ambas partículas giraran en torno a un centro de fuerza comun. Pero la existencia de este sistema, como máximo, durará una diezmillonesima de segundo ya que se combinan el positron y el electron.
Cuando se combinan las dos particulas opuestas, se produce una neutralizacion mutua y literalmente desaparecen, no dejan ni rastro de materia ('aniquilamiento mutuo'). Pero como sabemos la materia al igual que la energia no puede desaparecer, como resultado de esto queda la energia en forma de radiacion gamma. De tal forma como habia sugerido el genio Albert Einstein: la materia puede convertirse en energia, y viceversa.
El antiproton es tan evanescente como el positron, por lo menos en nuestro Universo. En una infima fraccion de segundo después de su creacion, la particula desaparece (al igual que el antielectron), arrastrada por algun nucleo normal cargado positivamente. Entonces se aniquilan entre si el antiproton y un proton del nucleo, que se transforman en energia y particulas menores.
En ocasiones, el proton y el antiproton solo se rozan ligeramente en vez de llegar al choque directo. Cuando ocurre esto, ambos neutralizan mutuamente sus respectivas cargas. El proton se convierte en neutron, lo cual es bastante logico. Pero no lo es tanto que el antiproton se transforme en un 'antineutron'.
Con algo de fisica elemental es facil comprender como forma un campo magnetico la particula cargada, pero ya no resulta tan facil saber por que hace lo mismo un neutron. Que por cierto ocurre. La prueba directa mas evidente de ello es que cuando un rayo de neutrones golpea sobre un hierro magnetizado, no se comporta de la misma forma que lo haria si el hierro no estuviese magnetizado. El magnetismo del neutron sigue siendo un misterio (al menos yo no me entere ), los fisicos sospechan que contiene cargas positivas y negativas equivalentes a cero, aunque, por alguna razon desconocida, logran crear un campo magnetico cuando gira la partícula.
Sea como fuere, la rotacion del neutron nos da la respuesta a esta pregunta: ¿Que es el antineutrón? Pues, simplemente, un neutron cuyo movimiento rotatorio se ha invertido y al igual que el positron y el antiproton, muestra exactamente el mismo fenomeno de los polos invertidos.
Por lo pronto, la teoria es bastante solida, y ningun fisico lo pone en duda. La antimateria puede existir.
Pero.... ¿Existe en realidad? ¿Hay masas de antimateria en el Universo?
Acelerador de positrones
Si las hubiera, no revelarían su presencia a cierta distancia. Sus efectos gravitatorios y la luz que produjeran serian identicos a los de la materia corriente. Sin embargo, cuando se encontrasen con esta materia, deberían ser claramente perceptibles las reacciones masivas de aniquilamiento resultantes. Por esto, los astronomos se afanan en observar especulativamente las galaxias, para comprobar si hay alguna actividad inusitada que delate las interacciones materia-antimateria.
¿Es posible, que el Universo este formado casi enteramente por materia, con muy poca o ninguna antimateria?
Dado que la materia y la antimateria son equivalentes en todos los aspectos, excepto en su oposicion electromagnetica, cualquier fuerza que crease una originaria la otra, y el Universo deberia estar compuesto de iguales cantidades de una y otra.
Este es el dilema. La teoria nos dice que deberia haber antimateria, pero la observacion practica se niega a respaldar este hecho. ¿Y que ocurre con los nucleos de las galaxias activas? ¿Deberian ser esos fenomenos energeticos el resultado de una aniquilacion materia-antimateria? NO! Ni siquiera ese aniquilamiento es suficiente, la destruccion seria muchas veces mayor (para darse una idea de la magnitud lo mas parecido es el colapso gravitatorio de una supernova al explotar y el fenomeno resultante: el agujero negro, seria el unico mecanismo conocido para producir la energia requerida para tanta destruccion)
Espero que les haya interesado el tema... y aquí les dejo algunos de mi post...
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