Antimateria

Antimateria
materia

Acelerador d'antiprotones del CERN.

En física de partícules, la antimateria ye la estensión del conceutu d'antipartícula a la materia. Asina, la antimateria ye una forma de materia menos frecuente que ta constituyida por antipartícules, en contraposición a la materia común, que ta compuesta de partícules. Por casu, un antielectrón (un electrón con carga positiva, tamién llamáu positrón) y un antiprotón (un protón con carga negativa) podríen formar un átomu de antimateria, de la mesma manera qu'un electrón y un protón formen un átomu d'hidróxenu. El contautu ente materia y antimateria causa la so aniquilación mutua; esto nun significa la so destrucción, sinón un tresformamientu que da llugar a fotones d'alta enerxía, que producen rayu gamma, y otros pares partícula-antipartícula.

Notación

La partícules subatómiques de la antimateria tienen cargues opuestes a les partícules de la materia, na imaxe, protón, electrón y neutrón en dambes.

En física usa una barra horizontal o macrón pa estremar les partícules de les antipartícules: por casu protón p y antiprotón p. Pa los átomos de antimateria emplégase la mesma notación: por casu, si'l hidróxenu escríbese H, l'antihidrógeno va ser H.

¿ú la antimateria?

Les hipótesis científicas aceptaes suponen que nel orixe del universu esistíen materia y antimateria n'iguales proporciones. Sicasí, l'universu que reparamos aparentemente ta compuestu namái por partícules y non por antipartícules. Desconócense los motivos polos que nun s'atoparon grandes estructures de antimateria nel universu. En física, el procesu pol que la cantidá de materia superó a la de antimateria denominar bariogénesis, y embaraxa tres posibilidad:

• Pequeñu escesu de materia tres el Big Bang: Especula con que la materia que forma anguaño l'universu podría ser el resultáu d'una llixera asimetría nes proporciones iniciales de dambes. Calculóse que la diferencia inicial ente materia y antimateria tuvo de ser tan insignificante como d'una partícula más de materia per cada diez mil millones de pareyes partícula-antipartícula.
• Asimetría CP: En 1967, Andréi Sájarov postuló per primer vegada que les partícules y les antipartícules nun teníen propiedaes esautamente iguales o simétriques; un discutiniu denomináu la Violación CP. Un recién esperimentu nel acelerador KEK de Xapón suxer qu'esto quiciabes seya ciertu, y que por tanto nun ye necesariu un escesu de materia nel Big Bang: a cencielles les lleis físiques que rixen l'universu favorecen la sobrevivencia de la materia frente a la antimateria. Nesti mesmu sentíu, tamién se suxirió que quiciabes la materia escuro seya la causante de la bariogénesis al interactuar de distinta forma cola materia que cola antimateria.
• Esistencia de galaxes de antimateria amestada por antigravedad: Bien pocos científicos confíen nesta posibilidá, pero inda nun pudo ser dafechu refugada. Esta tercer opción plantega la hipótesis de que pueda haber rexones del universu compuestes de antimateria. Hasta la fecha nun esiste forma d'estremar ente materia y antimateria a llargues distancies, pos el so comportamientu y propiedaes son indistinguibles. Esisten argumentos pa creer qu'esta tercer opción ye bien improbable: la antimateria en forma d'antipartícules créase constantemente nel universu nos choques de partícules d'alta enerxía, como, por casu, colos rayos cósmicos. Sicasí, estos son sucesos demasiáu aisllaos como por que estes antipartícules puedan llegar a atopase y combinase. La NASA unvió la sonda Alpha Magnetic Spectrometer (Espectrómetru Magnéticu Alpha) pa buscar rastros de antimateria más complexa, que pudieren indicar qu'inda esiste antimateria nel universu. Sicasí, los esperimentos nun detectaron nada hasta la fecha.

Historia

La ecuación de Dirac, formulada por Paul Dirac en 1928, predixo la esistencia d'antipartícules amás de les partícules de materia ordinariu. De magar, fuéronse detectando esperimentalmente munches de diches antipartícules: Carl D. Anderson, nel Caltech, afayó'l positrón en 1932. Ventitrés años dempués, en 1955, Emilio Segrè y Owen Chamberlain, na Universidá de Berkeley, el antiprotón y antineutrón.

Pero la primer vegada que pudo falase puramente de antimateria, esto ye, de materia compuesta por antipartícules, foi en 1965, cuando dos equipos consiguieron crear un antideuterón, una antipartícula compuesta por un antiprotón y un antineutrón. L'antipartícula foi llograda nel Acelerador Protón Sincrotrón del CERN, al cargu d'Antonino Zichichi, y paralelamente por Leon Lederman, nel acelerador AGS (Alternating Gradient Synchrotron) del Llaboratoriu Nacional de Brookhaven, en Nueva York.

En 1995, el CERN anunció la creación de nueve átomos d'antihidrógeno nel esperimentu PS210, lideráu por Walter Oelert y Mario Macri . Esti esperimentu utilizó un métodu propuestu por Charles Munger, Stanley J. Brodsky y Ivan Schmidt Andrade . Esperimentos realizaos en Fermilab confirmaron el fechu, anunciando pocu dempués la creación de la mesma de 100 átomos de antihidrógeno.

F. J Hartmann, de la Universidá Téunica de Múnich, y un equipu d'investigadores xaponeses informaron de la creación d'un átomu compuestu de materia y antimateria llamáu heliu antiprotónico ${\overline {\mathrm {^{3}He} }}$. Esti átomu constaba de dos protones, dos neutrones, un electrón y un antiprotón en llugar del segundu electrón. L'átomu sobrevivió 15 millonésimes de segundu

El 14 d'avientu 2009, científicos de la NASA cola ayuda del telescopiu espacial de rayu gamma Fermi, afayaron rayos de antimateria producíos enriba de nubes llétriques. El fenómenu ye causáu por rabaseres de rayu gamma terrestres (TGF) xeneraes nel interior de les nubes llétricu y acomuñar direutamente colos rescamplos.

El 17 de payares 2010, los científicos del CERN llograron crear 38 átomos d'antihidrógeno, pudiendo caltenelos aproximao nun sestu de segundu (172ms). Esto forma parte del proyeutu ALPHA qu'inclúi físicos de la Universidá de California, de la Universidá de Berkeley y del Lawrence Berkeley National Laboratory. L'equipu de científicos demostró que, ente 10 millones de antiprotones y 700 millones de positrones, llográronse formar 38 átomos estables d'antihidrógeno, que, duraron alredor de dos décimes de segundu cada unu.

A empiezos de 2011 el proyeutu ALPHA llogró crear más de 300 átomos d'antihidrógeno y almacenalos mientres 1000 segundos (16 minutos y 40 segundos), superando en 4 órdenes de magnitú la llende previa.

Preservación

La antimateria nun puede ser caltenida nun recipiente de materia ordinario, porque al reaccionar con cualquier partícula de materia que toca, aniquilar a si mesma. La antimateria en forma de partícula cargada puede contenese por una combinación d'un campu llétrico y un campu magnéticu, nun dispositivu llamáu trampa de Penning o trampa iónica. Esti dispositivu nun puede, sicasí, contener la antimateria que se compón de partícules ensin carga, pa lo cual utilízase una trampa atómica. En particular, una trampa d'esti tipu puede utilizar el momentu (bien seya magnéticu o el d'un dipolo llétricu o ) p'atrapar les partícules. En cámares de vacíu, les partícules de materia o de antimateria pueden atrapase y esfrecer con radiación láser llixeramente fuera de resonancia utilizando una trampa magneto-óptica o una trampa magnética (nel casu d'átomos o partícules ensin carga). Tamién podríen ser suspendíes con pinces óptiques, utilizando un fexe de láser altamente enfocáu, anque esto nun asegure un métodu de preservación tan a "llargu" plazu como los enantes descritos.^{[ensin referencies]}. Nel 2011, científicos del CERN llograron caltener dellos cientos d'átomos d'antihidrógeno mientres daqué menos de 17 minutos (1000 segundos).

Producción y costu de la antimateria

La antimateria ye la sustancia más caro del mundu, con un costu envaloráu d'unos 62 500 millones d'USD el miligramu. La producción de antimateria, amás de consumir enormes cantidaes d'enerxía, ye bien pocu eficiente, al igual que la capacidá d'almacenamientu, que ronda namái'l 1% de les partícules creaes. Amás, por cuenta de que la antimateria aniquilar al contautu cola materia, les condiciones d'almacenamientu —confinamientu por aciu campos electromagnéticos—, tienen igualmente un costu eleváu.

Otra estimación del so costu dar el CERN, cuando dixo que costara dellos cientos de millones de francos suizos la producción d'una milmillonésima de gramu.

Por cuenta de esto, dellos estudios de la NASA planteguen recoyer por aciu campos magnéticos la antimateria que se xenera de forma natural nos Petrines de Van Allen de la Tierra. Esti cinturón, que s'estiende dende unos pocos cientos a unos dos mil quilómetros sobre la Tierra constitúi la fonte más abondosa de antiprotones nes proximidaes de la Tierra. La mayor parte de los antiprotones provienen de antineutrones, que se xeneren cuando los rayos cósmicos impacten les capes cimeres de l'atmósfera. Los antineutrones salen de l'atmósfera, mientres los antiprotones tienden a rexuntase en dellos cientos de quilómetros sobre la Tierra, onde la materia ordinario ye tan escasa que ye pocu probable que s'axunten colos sos homólogos de partícules, protones y por tanto destruyir al contautu.

Tamién otros planetes, incluyendo Xúpiter, Saturnu, Neptunu y Uranu, tienen de tener petrines similares de antiprotones. Saturno puede producir la mayor cantidá de antiprotones poles interacciones ente los rayos cósmicos, partícules enerxétiques cargaes del espaciu, y los aniellos de xelu del planeta.

Coles mesmes, trabayar n'ameyorar la teunoloxía d'almacenamientu de antimateria. El Dr. Masaki Hori anunció un métodu de confinamientu de antiprotones por radiofrecuencia, lo que según les sos pallabres podría amenorgar el contenedor al tamañu d'una papelera.

En payares de 2008 la doctora Hui Chen, del Lawrence Livermore National Laboratory d'Estaos Xuníos, anunció qu'ella y el so equipu crearíen positrones al faer incidir un curtiu, anque intensu, pulsu láser al traviés d'una llámina d'oru blanco de pocos milímetros d'espesura, esto habría ionizado al material y aceleráu los sos electrones. Los electrones aceleraos emitieron cuantos d'enerxía, qu'al aparrar dieron llugar a partícules materiales, dando tamién como resultáu positrones.

Usos de la antimateria

Proyeición artística d'un cohete propulsado por antimateria.

Magar la antimateria ta lloñe de ser considerada una opción pol so apolmonante costu y les dificultaes teunolóxiques inherentes a la so manipulación, les antipartícules sí tán atopando usos práuticos: la tomografía per emisión de positrones ye yá una realidá. Tamién s'investiga'l so usu en terapies contra'l cáncer, una y bones un estudiu del CERN afayó que los antiprotones son cuatro veces más efectivos que los protones na destrucción de texíu canceroso, y especúlase inclusive cola idea de diseñar microscopios de antimateria, supuestamente más sensibles que los de materia ordinario. Pero'l mayor interés pola antimateria centrar nes sos aplicaciones como combustible, pos l'aniquilación d'una partícula con una antipartícula xenera gran cantidá d'enerxía según la ecuación d'Einstein Y=mc² La enerxía xenerada por quilu (9×10¹⁶ J/kg), ye unes diez mil millones de vegaes mayor que la xenerada por reacciones químiques y diez mil vegaes mayor que la enerxía nuclear de fisión.

Por casu, envalórase que namái seríen necesarios 10 miligramos de antimateria pa propulsar una nave a Marte.

Sicasí, hai qu'indicar qu'estes cifres nun tienen en cuenta qu'aprosimao'l 50% de la enerxía estenar en forma d'emisión de neutrinos, polo que na práutica habría qu'amenorgar les cifres a la metá.

Antigravedad

Artículu principal: Antigravedad

Inda nun se conoz el comportamientu de les antipartícules nun campu gravitatoriu: esto podríase reparar comprobando si un fexe horizontal de positrones o de antiprotones provenientes d'un acelerador se curva escontra riba o escontra baxo nel campu gravitatoriu de la Tierra, pero estes partícules producíes por choques mover a velocidaes próximes a la de la lluz nel vacíu, polo que la combadura a reparar taría nel orde d'un diámetru nuclear per quilómetru de llargor del fai (0, 000 000 000 000 1 cm), y dica agora nun ye posible midir curves tan pequeñes.

Si les antipartícules o la antimateria mover en sentíu inversu a la materia común nun campu gravitatoriu, echar por tierra'l Principiu d'equivalencia y con él a la teoría xeneral de la relatividá, anque non otres teoríes relativistes de la gravitación.

Un esperimentu conceptual pol que se verificaría fácilmente la inesistencia de antigravedad ye que la gravedá ta na masa y non na materia como tal (la antimateria ye masa con cargues llétriques opuestes), la masa ta un nivel per debaxo de la materia bariónica ordinaria —y la materia ye masa con cargues llétriques endóxenes—; por tanto y porque nun esiste antimasa o antiaglutinación d'enerxía (anticromodinámica gluónica) nun puede esistir de manera dalguna una fuercia gravitatoriu repulsiva cola materia fisicoquímico conocida. La Llei de Caltenimientu de la enerxía-momentu, el Principiu d'equivalencia y per ende la Teoría Xeneral de la Relatividá seríen reafitaos tres estos, quedaríen indemnes.

Ver tamién

• Ambiplasma
• Antihidrógeno
• Antipartícula
• Bariogénesis
• Simetría CP

Referencies

Bibliografía

• G. Fraser (18 de mayu de 2000). Antimatter, The Ultimate Mirror. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-65252-0.
• «Antimatter Production for Near-term Propulsion Applications». Archiváu dende l'orixinal, el 4 de xunu de 2013.

Enllaces esternos

• Wikimedia Commons acueye conteníu multimedia sobre Antimateria.
• Esta obra remanez de la traducción de Antimatter de Wikipedia - inglés, espublizada polos sos editores baxo la Llicencia de documentación llibre de GNU y la Llicencia Creative Commons Atribución-CompartirIgual 3.0 Unported.

• Datos: Q83197
• Multimedia: Antimatter