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Antimateria.




La antimateria es un tipo de materia propuesto teóricamente por Paul Dirac en 1931 y detectada experimentalmente en 1932 por Carl Anderson. Cada partícula de materia (electrón, protón, quark, …) tiene su correspondiente antipartícula (antielectrón, antiprotón, antiquark, …). Partícula y antipartícula son idénticas, salvo que tienen cargas opuestas: el electrón es negativo cuando el antielectrón es positivo. Una particularidad es que, cuando se encuentra una partícula con su antipartícula, ambas se aniquilan transformándose en radiación al 100%.
Nuestro universo está formado por materia, la antimateria es muy rara. De hecho, si hubiese abundancia antimateria en el universo, al haber también abundancia de materia, sería muy probable el encuentro entre una y otra, lo que daría lugar a grandes emisiones de radiación, que no se detecta.
Según cálculos del modelo estándar de física de partículas, cuando se formó el universo había un desequilibrio de mil millones de antielectrones frente a mil millones más un electrón. Mil millones de electrones de aniquilaron con mil millones de antielectrones, dando lugar a enormes cantidades de radiación. El pequeño desequilibro conforma la materia que observamos hoy en día en el universo.
Esta asimetría materia-antimateria aún no está explicada. Se está investigando en las leyes de la física de partículas el origen de la asimetría.
Un aspecto que no se ha podido aún determinar experimentalmente es si, a parte de tener cargas opuestas, la antimateria gravita (se siente atraída por la gravedad) o levita (se siente repelida por la gravedad). Si bien la teoría predice que gravita igual que la materia, aún no se ha podido comprobar empíricamente. Puesto que la fuerza de atracción gravitatoria entre partículas elementales es muy pequeña, es muy complicada de medir.



El desarrollo de las matemáticas a comienzos del siglo XX tuvo mucha influencia en 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.

Actualmente está comprobado que la antimateria es algo real. Todas las partículas elementales tienen una contraparte con la misma masa pero carga opuesta. Cuando una partícula choca contra su antipartícula, ambas se destruyen, produciendo otras partículas, por ejemplo fotones o rayos gamma.
Las unidades elementales de la materia son el protón, con carga eléctrica positiva; el electrón, con carga eléctrica negativa; y el neutrón, sin carga eléctrica.
Las unidades elementales de la antimateria son el antiprotón, con carga negativa; el antielectrón, llamado positrón, con carga positiva.
El protón está en el núcleo del átomo de la materia, y el antiprotón en el núcleo del átomo de la antimateria. El electrón es la partícula que orbita alrededor del núcleo de la materia, y el positrón es la que orbita alrededor del núcleo de la antimateria.

La antimateria podría usarse como combustible de naves espaciales.

El antielectrón es tan estable como el electrón. Es idéntico al electrón en todas las propiedades fundamentales (masa, espín), excepto en su carga eléctrica.
El tiempo de su existencia podría ser indefinido. Pero, cuando el antielectrón se encuentra con un electrón, el tiempo medio de la existencia de ambos baja a una millonésima de segundo. Durante un breve momento, el electrón y el antielectrón empiezan a  girar en torno a un centro de fuerza común. Al cabo de una diezmillonésima de segundo se produce una neutralización mutua y ambos desaparecen sin dejar ningún rastro de materia. A cambio, se ha generado energía en forma de fotón o radiación gamma.

El antiprotón y el protón tienen una vida similar a la pareja electrón-antielectrón. En una ínfima fracción de segundo, el antiprotón desaparece al aniquilarse con un protón y transformarse también en fotones o rayos gamma.

La carga eléctrica de un neutrón sigue siendo un misterio. Los físicos sospechan que contiene cargas positivas y negativas equivalentes que dan como resultado una carga cero. Sin embargo, por alguna razón desconocida, cuando la partícula gira, se crea un campo magnético. El antineutrón es un neutrón cuyo movimiento rotatorio se ha invertido.

Los médicos saben que los tejidos del cuerpo humano invadidos por el cáncer, tienen un elevado consumo de glucosa. Se descubrió que el flúor-18 es un radioisótopo emisor de positrones y que, además, se une con facilidad a la glucosa.

Cuando el positrón del flúor-18 se encuentra con un electrón de la glucosa, ambos se destruyen y generan rayos gamma que pueden ser detectados por un instrumental médico adecuado.

De esta forma, en tiempo real, es posible ver una imagen de la masa encefálica del cerebro y así  identificar, localizar y cuantificar el consumo de glucosa por las diferentes células de esa zona del organismo. El PET es actualmente un instrumento que, combinado con el TAC, es de capital importancia para el diagnostico del cáncer, especialmente en el sistema nervioso central.

En 1932, Carl Anderson, en el Caltech, descubrió el anti-electrón. Se le llamó positrón.
En 1955, en la Universidad de Berkeley, se descubrió el antiprotón.

En 1965, fue la primera vez que se pudo hablar propiamente de antimateria, es decir, de "materia" compuesta por antipartículas. En el Acelerador Protón Sincrotón del CERN, un equipo de investigadores consiguió crear un antideuterón, una antipartícula compuesta por un antiprotón y un antineutrón.
En 1995, el CERN anunció la creación de nueve átomos de antihidrógeno.

En 2002, dos experimentos (ATHENA y ATRAP) consiguieron generar algunos miles de átomos de antihidrógeno. Aunque esto pueda parecer mucho, realmente unos miles de átomos es muy poquito. Para llenar un globo de cumpleaños con antihidrógeno se necesitarían 10.000.000.000.000.000 veces más.
Si un kilogramo de materia entrase en contacto con un kilogramo de antimateria, se produciría una energía superior a 179.000 billones de Julios.

Por tal motivo, cuando los aceleradores del CERN y otros centros de altas energías producen antipartículas,  tienen que almacenarla en tubos cilíndricos llenos de vacío con campos magnéticos, para que no entre en contacto con la materia del tubo, y no se produzca una explosión.

Producir antipartículas es relativamente más "fácil" que producir antiátomos. De hecho ocurre habitualmente en la naturaleza, en un tipo de desintegración radioactiva denominada “desintegración beta”. También se producen antipartículas cuando los rayos cósmicos de alta energía llegan a la atmósfera y al interaccionar con ella producen cascadas de partículas y de antipartículas.

Pero producir antiátomos es mucho muy difícil, y muchísimo más difícil, almacenarlos. Generar estructuras más complejas, como una mesa de antimateria, actualmente es imposible y de momento no conocemos ninguna forma para poder hacerlo en el futuro.


¿Resuelto el problema de la antimateria?

Investigadores descubren una extraña partícula subatómica, el mesón Bs, que se comporta de forma única y puede explicar uno de los más grandes misterios del Universo;La materia Oscura.
Un grupo de investigadores de la Universidad de Syracusa acaba de anunciar una serie de importantes hallazgos sobre una extraña partícula subatómica, el mesón Bs, que podrían explicar por qué el Universo contiene mucha más materia que antimateria.
La cuestión de la "antimateria perdida" ha intrigado a los Físicos durante décadas. Según predicen los modelos vigentes, durante el Big Bang tuvo por fuerza que producirse una cantidad igual de materia que de antimateria. Pero en la actualidad todo lo que vemos a nuestro alrededor está hecho de materia. ¿Dónde está, pues, la antimateria que falta?
Igual que la materia, también la antimateria está constituida por átomos y partículas. De hecho, a cada partícula de materia que existe le corresponde su propia antipartícula, que es exactamente igual a ella excepto por la carga eléctrica, que es la opuesta. Por ejemplo, la antipartícula del electrón es el positrón, la del protón se llama antiprotón, y así sucesivamente.
Se da la circunstancia de que, cuando una partícula de materia entra en contacto con una de antimateria, ambas se aniquilan por completo en un súbito y luminoso fogonazo. Si un astronauta pusiera el pie sobre un hipotético planeta hecho de antimateria, todos sus átomos se desintegrarían al instante, al mismo tiempo que una cantidad equivalente de "antiátomos" del planeta haría lo propio.
Sin embargo, parece poco probable que existan planetas, estrellas o incluso galaxias enteras hechas de antimateria. Si así fuera, seríamos capaces de ver cómo ambas se aniquilan en la frontera entre la antimateria y la materia que las rodea. Y nadie ha visto jamás señal alguna de que algo parecido esté ocurriendo.
Sin embargo, en septiembre de 2006 un equipo de físicos del Fermilab descubrieron en su laboratorio un tipo de partícula, el mesón Bs, que hasta ese momento había sido solo una posibilidad teórica. Se da la circunstancia de que el mesón Bs tiene la extraordinaria capacidad de oscilar entre una partícua de materia y una de antimateria. Es decir, que puede ser, alternativamente, materia y antimateria.
El extraordinario hallazgo prometía abrir las puertas de una nueva física hasta ahora desconocida. Por eso, comprender mejor las características de este extraño mesón se ha convertido en uno de los principales objetivos del experimento LHCb, en el CERN, el laboratorio de Física más importante del mundo, con sede en Ginebra. Los físicos del LHCb llevan a cabo complicados experimentos que intentan aclarar lo que sucedió durante los primeros instantes del Big Bang, y cómo la materia que hoy nos resulta tan común logró crearse y extenderse por todo el Universo.
Fue precisamente allí, en un taller celebrado en el CERN, donde el profesor Sheldon Stone acaba de anunciar sus hallazgos. "Muchos experimentos internacionales -afirma el científico- están interesados en el mesón Bs porque es una partícula que puede oscilar entre materia y antimateria. Comprender sus propiedades podría explicar la violación de la simetría CP, que se refiere a la necesidad de que exista un equilibrio entre materia y antimateria en el Universo y cuyo aparente incumplimiento es uno de los mayores desafíos de la física de partículas".
Los investigadores creen que, hace unos 14.000 millones de años, la energía del Big Bang se fue transformando en cantidades idénticas de materia y de antimateria. Pero a medida que el Universo se enfriaba y se expandía, su composición fue cambiando. Tras el Big Bang, toda la antimateria desapareció dejando tras de sí a la materia ordinaria, a partir de la cual se fueron creando las primeras estrellas y galaxias, y todo lo demás hasta llegar a la Tierra y a las formas de vida que hay en ella.
"Algo tuvo que ocurrir -afirma Stone- para causar esta violación de la simetría CP y, por consiguiente, formar el Universo que podemos ver en la actualidad".
Stone está convencido de que parte de la respuesta está, precisamente, en el mesón Bs, que está formado por un antiquark y un quark extraño (una de las familias de los quarks) a los que mantiene unidos gracias a la interacción fuerte. Como se sabe, los quark son los componentes fundamentales de otras partículas, como protones y neutrones, dentro del núcleo atómico.
Stone y su equipo han estudiado a fondo los resultados de dos experimentos llevados a cabo en 2009 en el Fermilab, en Chicago, donde se encuentra otro de los aceleradores de partículas más grandes del mundo.
"Los resultados de esos experimentos - explica Stone- mostraban que las oscilaciones materia-antimateria del mesón Bs se desviaban de lo predicho por el Modelo Estandar de la Física, pero las propias incertidumbres alrededor de esos resultados eran demasiado altas como para llegar a conclusiones sólidas".
Así que el investigador, junto a sus colegas, no tuvo más remedio que desarrollar por sí mismo una nueva técnica que le permitiera tomar medidas mucho más precisas del mesón Bs. Y sus nuevos resultados muestran que las oscilaciones del mesón Bs entre materia y antimateria son, exactamente, las que predice el Modelo Estandar.
Stone afirma que las nuevas mediciones restringen enormemente los "reinos" en los que esa nueva física podría esconderse, lo que obligará a los investigadors a ampliar sus búsquedas en otras áreas. "Todo el mundo sabe que existe una nueva física -dice Stone-. Sólo necesitamos llevar a cabo análisis más sensibles para lograr olfatearla".







via:abc,eluniverso

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