¿De dónde viene la antimateria?

A la mayoría de las personas la palabra "antimateria" les hace pensar en naves espaciales viajando por la galaxia y extrañas razas de alienígenas. Sin embargo, la antimateria es algo bien real. Sabemos de su existencia en nuestro universo desde 1932. Ahora bien, ¿qué hace en este mundo?

Aceleradores como el del CERN (Ginebra) crea antimateria al colisionar las partículas
Aceleradores como el del CERN (Ginebra) crea antimateria al colisionar las partículas

Dicho simplemente, la antimateria es como la imagen en un espejo de la materia. Resulta fácil comprender lo que es un reflejo y se necesita muy poco tiempo para que seamos capaces de distinguirlo del objeto real: los lados derecho e izquierdo de la imagen están invertidos respecto al original; aparte de eso, imagen y objeto son exactamente iguales.

En el caso de la antimateria sucede lo mismo, pero todo es un poco más complicado. Para entenderla debemos tener en cuenta que los físicos distinguen una partícula de otra del mismo modo que nosotros distinguimos una fruta de otra, por sus propiedades: tamaño, color, olor y sabor. En el caso de las partículas subatómicas tenemos que referirnos a características como la masa, la carga, el momento angular y el momento magnético. Las dos primeras son fáciles de entender, pero no así las dos segundas. Por fijar ideas y simplificando demasiado, podemos asimilar momento angular a rotación y el momento magnético a que las partículas, supuestas esféricas, se comportan como el gran imán que es la Tierra, con un polo norte y un polo sur magnéticos.

Entonces, ¿qué es un antielectrón? Primero, tiene invertida la carga, es positiva en lugar de negativa. Y lo mismo que ocurre cuando vemos girar un balón en el espejo, también su 'rotación', el momento angular, estará invertido. Lo mismo ocurre con el protón. De este modo un antiprotón y un antielectrón -también llamado positrón- forman el átomo de antihidrógeno. Pero la característica más importante de la antimateria es ciertamente asombrosa: cuando una partícula de materia y su imagen en antimateria entran en contacto, se aniquilan. Toda su masa se convierte en energía, cuya cantidad viene dada por la que es quizá la fórmula más famosa de la física, E = mc2. En definitiva, la aniquilación de un solo gramo de antimateria produciría tanta energía como la liberada por la bomba que destruyó Hiroshima.

Por motivos que aún desconocemos, el universo nació con un poc más de materia que de antimateria

Por otro lado resulta evidente que en nuestro universo, o por lo menos en el universo que nosotros conocemos, no hay antimateria. Fue detectada por primera vez en 1932 por un joven profesor inglés de 27 años, Carl Anderson, que estudiaba los rayos cósmicos, esa lluvia de partículas y fotones que llegan a la Tierra y que se produce tanto en el Sol como en las tremendas deflagraciones que a veces suceden en las estrellas y las galaxias. Anderson no sabía que uno de los gigantes de la física teórica, Paul Dirac, había predicho la existencia de la antimateria tres años antes.

Ahora bien, si en nuestro universo sólo hay materia, ¿de dónde viene la antimateria? Aquí volvemos a Einstein. Si materia y antimateria se convierten en energía, en fotones, ésta también se puede reconvertir. Es decir, que un fotón con la energía suficiente puede convertirse en un electrón y en un positrón, o en un protón y en un antiprotón; siempre en una partícula y su correspondiente antipartícula. Eso es lo que suceden en los rayos cósmicos. En el interior de los aceleradores de partículas se produce antimateria como subproducto de las colisiones que se producen en ellos.

Pero el principal problema de la antimateria es otro, y es uno de los mayores retos con los que se enfrenta el modelo cosmológico de la Gran Explosión. Con la explosión que marcó el comienzo del universo se tuvo que crear tanta materia como antimateria. Ahora bien, si este 50-50 hubiera sido exacto nosotros no estaríamos aquí para contarlo porque toda la materia se habría aniquilado completamente con su correspondiente antimateria. Ante semejante problema sólo caben dos soluciones: primera, que nuestro universo está dividido en dos partes, una con estrellas y planetas y la otra con antiestrellas y antiplanetas. Esta opción tiene un grave inconveniente. La frontera entre ambos universos sería visible en forma de rayos gamma por las continuas explosiones, y esto no se observa. La otra alternativa es asumir que ese 50-50 no es exacto, sino que hubo un pequeñísimo exceso de materia. Pero la teoría nos dice que eso no pasó, luego en ella hay algo que falla. Y aunque existen diferentes explicaciones a esta asimetría, nadie ha dado una explicación convincente.

Lo que no guarda una cierta ironía: el Modelo Estándar de la Física de Partículas, la teoría que mejor describe el comportamiento de la materia a nivel microscópico, dice que no deberíamos estar aquí. Pero estamos.

Miguel Ángel Sabadell

Miguel Ángel Sabadell

Me licencié en astrofísica pero ahora me dedico a contar cuentos. Eso sí, he sustituido los dragones y caballeros por microorganismos, estrellas y científicos de bata blanca.

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