Antimateria - Wikipedia, La Enciclopedia Libre

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Antimateria ­ Wikipedia, la enciclopedia libre

Antimateria De Wikipedia, la enciclopedia libre En física de partículas, la antimateria es la extensión del concepto de  antipartícula  a  la  materia.  Así,  la  antimateria  es  una  forma  de materia  menos  frecuente  que  está  constituida  por  antipartículas  en contraposición  a  la  materia  común  que  está  compuesta  de partículas.1  2  3 Por ejemplo, un antielectrón (un electrón con carga positiva, también llamado positrón) y un antiprotón (un protón  con carga  negativa)  podrían  formar  un  átomo  de  antimateria,  de  la misma  manera  que  un  electrón  y  un  protón  forman  un  átomo  de hidrógeno.  El  contacto  entre  materia  y  antimateria  ocasiona  su aniquilación  mutua,  esto  no  significa  su  destrucción,  sino  una transformación que da lugar a fotones de alta energía, que producen rayos gamma, y otros pares partícula­antipartícula.

Acelerador de antiprotones del CERN.

Índice 1 Notación 2 ¿Dónde está la antimateria? 3 Historia 4 Preservación 5 Producción y costo de la antimateria 6 Usos de la antimateria 7 Antigravedad 8 Véase también 9 Referencias 10 Enlaces externos

Notación En  física  se  usa  una  barra  horizontal  o  macrón  para  diferenciar  las  partículas  de  las  antipartículas:  por ejemplo protón p y antiprotón p. Para los átomos de antimateria se emplea la misma notación: por ejemplo, si el hidrógeno se escribe H, el antihidrógeno será H.

¿Dónde está la antimateria? Las hipótesis científicas aceptadas suponen que en el origen del universo existían materia y antimateria en iguales proporciones, sin embargo el universo que observamos aparentemente está compuesto únicamente por partículas y no por antipartículas. Se desconocen los motivos por los que no se han encontrado grandes estructuras de antimateria en el universo. En física, el proceso por el que la cantidad de materia superó a la de antimateria se denomina bariogénesis, y baraja tres posibilidades: Pequeño exceso de materia tras el Big Bang: Especula con que la materia que forma actualmente el https://es.wikipedia.org/wiki/Antimateria

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universo podría ser el resultado de una ligera asimetría en las proporciones  iniciales  de  ambas.  Se  ha  calculado  que  la diferencia  inicial  entre  materia  y  antimateria  debió  ser  tan insignificante como de una partícula más de materia por cada diez mil millones de parejas partícula­antipartícula. Asimetría  CP:  En  1967,  Andréi  Sájarov  postuló  por  primera vez  que  las  partículas  y  las  antipartículas  no  tenían propiedades  exactamente  iguales  o  simétricas;  una  discusión denominada la Violación CP.4 Un reciente experimento en el acelerador KEK de Japón sugiere que esto quizás sea cierto, y que por tanto no es necesario un exceso de materia en el Big Bang:  simplemente  las  leyes  físicas  que  rigen  el  universo favorecen  la  supervivencia  de  la  materia  frente  a  la La partículas subatómicas de la antimateria.5  En  este  mismo  sentido,  también  se  ha  sugerido antimateria tienen cargas opuestas a que quizás la materia oscura sea la causante de la bariogénesis las partículas de la materia, en la al  interactuar  de  distinta  forma  con  la  materia  que  con  la imagen, protón, electrón y neutrón en antimateria.6 ambas. Existencia  de  galaxias  de  antimateria  ligada  por antigravedad:  Muy  pocos  científicos  confían  en  esta posibilidad, pero todavía no ha podido ser completamente descartada. Esta tercera opción plantea la hipótesis  de  que  pueda  haber  regiones  del  universo  compuestas  de  antimateria.  Hasta  la  fecha  no existe forma de distinguir entre materia y antimateria a largas distancias, pues su comportamiento y propiedades  son  indistinguibles.  Existen  argumentos  para  creer  que  esta  tercera  opción  es  muy improbable:  la  antimateria  en  forma  de  antipartículas  se  crea  constantemente  en  el  universo  en  las colisiones de partículas de alta energía, como por ejemplo con los rayos cósmicos. Sin embargo, estos son  sucesos  demasiado  aislados  como  para  que  estas  antipartículas  puedan  llegar  a  encontrarse  y combinarse. La NASA ha enviado la sonda Alpha Magnetic Spectrometer (Espectrómetro Magnético Alpha)  para  buscar  rastros  de  antimateria  más  compleja,7  que  pudiesen  indicar  que  todavía  existe antimateria en el universo. Sin embargo los experimentos no han detectado nada hasta la fecha.

Historia La ecuación de Dirac, formulada por Paul Dirac en 1928, predijo la existencia de antipartículas además de las partículas de materia ordinarias. Desde entonces, se han ido detectando experimentalmente muchas de dichas  antipartículas:  Carl  D.  Anderson,  en  el  Caltech,  descubrió  el  positrón  en  1932.  Veintitrés  años después,  en  1955,  Emilio  Segrè  y  Owen  Chamberlain,  en  la  Universidad  de  Berkeley,  el  antiprotón  y antineutrón.4 Pero la primera vez que se pudo hablar propiamente de antimateria, es decir, de «materia» compuesta por antipartículas,  fue  en  1965,  cuando  dos  equipos  consiguieron  crear  un  antideuterón,  una  antipartícula compuesta  por  un  antiprotón  y  un  antineutrón.  La  antipartícula  fue  lograda  en  el  Acelerador  Protón Sincrotrón del CERN, a cargo de Antonino Zichichi, y paralelamente por Leon Lederman, en el acelerador AGS (Alternating Gradient Synchrotron) del Laboratorio Nacional de Brookhaven, en Nueva York.8 En  1995,  el  CERN  anunció  la  creación  de  nueve  átomos  de  antihidrógeno  en  el  experimento  PS210, liderado por Walter Oelert y Mario Macri, y el Fermilab confirmó el hecho, anunciando poco después la creación a su vez de 100 átomos de antihidrógeno. https://es.wikipedia.org/wiki/Antimateria

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F. J Hartmann, de la Universidad Técnica de Múnich, y un equipo de investigadores japoneses informaron de  la  creación  de  un  átomo  compuesto  de  materia  y  antimateria  llamado  helio  antiprotónico  .  Este átomo constaba de dos protones, dos neutrones, un electrón y un antiprotón en lugar del segundo electrón. El átomo sobrevivió 15 millonésimas de segundo9 El 17 de noviembre 2010, los científicos del CERN lograron crear 38 átomos de antihidrógeno, pudiendo preservarlos aproximadamente en un sexto de segundo (172ms). Esto forma parte del proyecto ALPHA que incluye  físicos  de  la  Universidad  de  California,  de  la  Universidad  de  Berkeley  y  del  Lawrence  Berkeley National  Laboratory.  El  equipo  de  científicos  demostró  que,  entre  10  millones  de  antiprotones  y  700 millones  de  positrones,  se  lograron  formar  38  átomos  estables  de  antihidrógeno,  los  cuales,  duraron alrededor de dos décimas de segundo cada uno. El  14  de  diciembre  2009,  científicos  de  la  NASA  con  la  ayuda  del  telescopio  espacial  de  rayos  gamma Fermi,  descubrieron  rayos  de  antimateria  producidos  encima  de  tormentas  eléctricas.  El  fenómeno  es causado por ráfagas de rayos gamma terrestres (TGF) generadas en el interior de las tormentas eléctricas y asociados directamente con los relámpagos.10 A comienzos de 2011 el proyecto ALPHA logró crear más de 300 átomos de antihidrógeno y almacenarlos durante 1000 segundos (16 minutos y 40 segundos), superando en 4 órdenes de magnitud el límite previo.11

Preservación La  antimateria  no  puede  ser  preservada  en  un  recipiente  de  materia  ordinaria,  porque  al  reaccionar  con cualquier partícula de materia que toca, se aniquila a si misma. La antimateria en forma de partícula cargada se  puede  contener  por  una  combinación  de  un  campo eléctrico  y  un  campo  magnético,  en  un  dispositivo llamado trampa de Penning o trampa iónica. Este dispositivo no puede, sin embargo, contener la antimateria que  se  compone  de  partículas  sin  carga,  para  lo  cual  se  utiliza  una  trampa  atómica.  En  particular,  una trampa  de  este  tipo  puede  utilizar  el  momento  (bien  sea  magnético  o  el  de  un  dipolo  eléctrico  o  )  para atrapar las partículas. En cámaras de vacío, las partículas de materia o de antimateria se pueden atrapar y enfriar  con  radiación  láser  ligeramente  fuera  de  resonancia  utilizando  una  trampa  magneto­óptica  o  una trampa  magnética  (en  el  caso  de  átomos  o  partículas  sin  carga).  También  podrían  ser  suspendidas  con pinzas  ópticas,  utilizando  un  haz  de  láser  altamente  enfocado,  aunque  esto  no  asegure  un  método  de preservación tan a "largo" plazo como los anteriormente descritos.[cita requerida]. En el 2011, científicos del CERN lograron preservar algunos cientos de átomos de antihidrógeno durante algo menos de 17 minutos (1000 segundos).12

Producción y costo de la antimateria La antimateria es la sustancia más cara del mundo, con un costo estimado de unos 62 500 millones de USD el miligramo.13  14  La  producción  de  antimateria,  además  de  consumir  enormes  cantidades  de  energía,  es muy poco eficiente, al igual que la capacidad de almacenamiento, que ronda sólo el 1% de las partículas creadas.  Además,  debido  a  que  la  antimateria  se  aniquila  al  contacto  con  la  materia,  las  condiciones  de almacenamiento  —confinamiento  mediante  campos  electromagnéticos—,  tienen  igualmente  un  costo elevado. Otra estimación de su costo la dio el CERN, cuando dijo que había costado algunos cientos de millones de francos suizos la producción de una milmillonésima de gramo.15 https://es.wikipedia.org/wiki/Antimateria

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Debido  a  esto,  algunos  estudios  de  la  NASA  plantean  recolectar  mediante  campos  magnéticos  la antimateria que se genera de forma natural en los Cinturones de Van Allen de la Tierra. Este cinturón, que se  extiende  desde  unos  pocos  cientos  a  unos  dos  mil  kilómetros  sobre  la  Tierra  constituye  la  fuente  más abundante de antiprotones en las proximidades de la Tierra. La mayor parte de los antiprotones provienen de antineutrones, que se generan cuando los rayos cósmicos impactan las capas superiores de la atmósfera. Los antineutrones salen de la atmósfera, mientras los antiprotones tienden a congregarse en varios cientos de kilómetros sobre la Tierra, donde la materia ordinaria es tan escasa que es poco probable que se reúnan con sus homólogos de partículas, protones y por tanto se destruyan al contacto. También otros planetas, incluyendo Júpiter, Saturno, Neptuno y Urano, deben tener cinturones similares de antiprotones. Saturno puede producir la mayor cantidad de antiprotones por las interacciones entre los rayos cósmicos, partículas energéticas cargadas del espacio, y los anillos de hielo del planeta.16 Al  mismo  tiempo,  se  trabaja  en  mejorar  la  tecnología  de  almacenamiento  de  antimateria.  El  Dr.  Masaki Hori  ha  anunciado  un  método  de  confinamiento  de  antiprotones  por  radiofrecuencia,  lo  que  según  sus palabras podría reducir el contenedor al tamaño de una papelera.17 En  noviembre  de  2008  la  doctora  Hui  Chen,  del  Lawrence  Livermore  National  Laboratory  de  Estados Unidos, anunció que ella y su equipo habrían creado positrones al hacer incidir un breve, aunque intenso, pulso láser  a  través  de  una  lámina  de  oro  blanco  de  pocos  milímetros  de  espesor,  esto  habría  ionizado al material y acelerado sus electrones. Los electrones acelerados emitieron cuantos de energía, que al decaer dieron lugar a partículas materiales, dando también como resultado positrones.18

Usos de la antimateria Si bien la antimateria está lejos de ser considerada una opción por su abrumador  costo  y  las  dificultades  tecnológicas  inherentes  a  su manipulación, las antipartículas sí están encontrando usos prácticos: la tomografía por emisión de positrones es ya una realidad. También se  investiga  su  uso  en  terapias  contra  el  cáncer,  ya  que  un  estudio del CERN ha descubierto que los antiprotones son cuatro veces más efectivos que los protones en la destrucción de tejido canceroso,19 y se  especula  incluso  con  la  idea  de  diseñar  microscopios  de antimateria,  supuestamente  más  sensibles  que  los  de  materia ordinaria.20 Pero el mayor interés por la antimateria se centra en sus Proyección artística de un cohete aplicaciones  como  combustible,  pues  la  aniquilación  de  una propulsado por antimateria. partícula  con  una  antipartícula  genera  gran  cantidad  de  energía según la ecuación de Einstein E=mc²  La  energía  generada  por  kilo (9×1016 J/kg), es unas diez mil millones de veces mayor que la generada por reacciones químicas y diez mil veces mayor que la energía nuclear de fisión.21 Por ejemplo, se estima que sólo serían necesarios 10 miligramos de antimateria para propulsar una nave a Marte.22 No  obstante,  hay  que  indicar  que  estas  cifras  no  tienen  en  cuenta  que  aproximadamente  el  50%  de  la energía se disipa en forma de emisión de neutrinos, por lo que en la práctica habría que reducir las cifras a la mitad.23 https://es.wikipedia.org/wiki/Antimateria

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Antigravedad Todavía  no  se  conoce  el  comportamiento  de  las  antipartículas  en  un  campo  gravitatorio:  esto  se  podría observar comprobando si un haz horizontal de positrones o de antiprotones provenientes de un acelerador se curva hacia arriba o hacia abajo en el campo gravitatorio de la Tierra, pero estas partículas producidas por colisiones se desplazan a velocidades próximas a la de la luz en el vacío, por lo que la curvatura a observar estaría en el orden de un diámetro nuclear por kilómetro de longitud del haz (0, 000 000 000 000 1 cm), y por ahora no es posible medir curvas tan pequeñas. Si  las  antipartículas  o  la  antimateria  se  movieran  en  sentido  inverso  a  la  materia  común  en  un  campo gravitatorio, se echaría por tierra el Principio de equivalencia y con él a la teoría general de la relatividad, aunque no otras teorías relativistas de la gravitación.24 Un  experimento  conceptual  por  el  que  se  verificaría  fácilmente  la  inexistencia  de  antigravedad  es  que  la gravedad está en la masa y no en la materia como tal (la antimateria es masa con cargas eléctricas opuestas), la  masa  está  un  nivel  por  debajo  de  la  materia  bariónica  ordinaria  —y  la  materia  es  masa  con  cargas eléctricas  endógenas—;  por  tanto  y  porque  no  existe  antimasa  o  antiaglutinación  de  energía (anticromodinámica gluónica) no puede existir de manera alguna una fuerza gravitatoria repulsiva para con la  materia  fisicoquímica  conocida.  La  Ley  de  Conservación  de  la  energía­momento,  el  Principio  de equivalencia  y  por  ende  la  Teoría  General  de  la  Relatividad  serían  reafirmados  tras  esto,  quedarían indemnes.

Véase también Ambiplasma Antihidrógeno Antipartícula Bariogénesis Simetría CP

Referencias 1.  Obaidur  Rahman  (15  de  noviembre  de  2011).  «Story  of  antimatter» (http://archive.thedailystar.net/newDesign/news­details.php?nid=210127). The Daily Star (en inglés). Consultado el 10 de agosto de 2013. 2.  Nahuel.  «¿Qué  es  la  antimateria?» (http://www.espacioprofundo.com.ar/verarticulo/%BFQue_es_la_antimateria%3F.html).  Espacio  Profundo. Consultado el 10 de agosto de 2013. 3.  «Antimateria»  (http://www.cienciapopular.com/n/Ciencia/Antimateria/Antimateria.php).  Ciencia  Popular. Consultado el 10 de agosto de 2013. 4.  «La antimateria» (http://www.astrocosmo.cl/h­foton/h­foton­06_09.htm). Consultado el 2009. 5.  Difference in direct charge­parity violation between charged and neutral B meson decays,Nature 452, 332­335 (20 de marzo de 2008) 6.  «Ciencia  Kanija  »  Nueva  teoría  del  universo  encaja  dos  de  los  mayores  misterios» (http://www.cienciakanija.com/2007/04/03/nueva­teoria­del­universo­encaja­dos­de­los­mayores­misterios/). Consultado el 2009. 7.  «The  History  fo  Antimatter  ­  Antimatter  in  Cosmology  ­  AMS» (http://livefromcern.web.cern.ch/livefromcern/antimatter/history/AM­history03­a.html) (en inglés). Consultado el 2009. https://es.wikipedia.org/wiki/Antimateria

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8.  «The  History  fo  Antimatter  ­  from  1928  to  1995» (http://livefromcern.web.cern.ch/livefromcern/antimatter/history/AM­history01­c.html) (en inglés). Consultado el 2009. 9.  «Los  físicos  intentan  crear  átomos  de  antimateria  ·  ELPAÍS.com» (http://www.elpais.com/articulo/sociedad/fisicos/intentan/crear/atomos/antimateria/elpepisoc/19950104elpepisoc_9 /Tes/). Consultado el 2009. 10.  «NASA's  Fermi  Catches  Thunderstorms  Hurling  Antimatter  into  Space» (http://www.nasa.gov/mission_pages/GLAST/news/fermi­thunderstorms.html) (en inglés). Consultado el 2010. 11.  «Confinement  of  antihydrogen  for  1,000  seconds» (http://www.nature.com/nphys/journal/vaop/ncurrent/full/nphys2025.html) (en inglés). Consultado el 2011. 12.  http://www.economist.com/node/18802932 The Economist. Antimatter of Fact. 9 de junio de 2011 13.  «Antimatter  and  Fusion  for  rocket  propulsion»  (http://science.nasa.gov/newhome/headlines/prop12apr99_1.htm). NASA. Consultado el 21 de agosto de 2008. 14.  «The  monetary  density  of  things  ­  Evil  Mad  Scientist  Laboratories» (http://www.evilmadscientist.com/article.php/density). Consultado el 2009. 15.  «Antimatter  Questions  and  Answers»  (http://livefromcern.web.cern.ch/livefromcern/antimatter/FAQ1.html). Consultado el 2009. 16.  «Extraction  of  Antiparticles  Concentrated  in  Planetary  Magnetic  Fields» (http://www.niac.usra.edu/files/studies/abstracts/1071Bickford.pdf) (pdf). NASA.  Consultado  el  24  de  mayo  de 2008. 17.  http://www.cienciakanija.com/2007/08/14/proyecto­para­almacenar­antimateria­en­una­“papelera”/ 18.  «Billions  of  particles  of  anti­matter  created  in  laboratory» (https://publicaffairs.llnl.gov/news/news_releases/2008/NR­08­11­03.html). Consultado el 2009. 19.  «La  antimateria  es  eficaz  contra  el  cáncer»  (http://www.tendencias21.net/La­antimateria­es­eficaz­contra­el­ cancer_a1226.html). Consultado el 2009. 20.  «El rayo de antimateria más poderoso del mundo» (http://www.neoteo.com/el­rayo­de­antimateria­mas­poderoso­ del­mundo.neo). Consultado el 2009. 21.  «Motores  de  antimateria»  (http://www.iac.es/galeria/hcastane/memex/ViajesAntimateria.htm).  Consultado  el 2009. 22.  «La  NASA  planea  utilizar  antimateria  para  viajar  a  Marte» (http://www.laflecha.net/canales/ciencia/noticias/200604165). Consultado el 2009. 23.  «Comparison of Fusion/Antiproton Propulsion systems» (http://gltrs.grc.nasa.gov/reports/1996/TM­107030.pdf) (pdf) (en inglés). NASA. Consultado el 24 de mayo de 2008. 24.  George  Gamow  (1962),  Gravity,  Doubleday  &  Company,  New  York;  Gravedad,  Editorial  Universitaria  de Buenos Aires, 1963, Antigravedad, páginas 124 a 128.

Enlaces externos  Wikimedia Commons alberga contenido multimedia sobre Antimateria.  Wikcionario tiene definiciones y otra información sobre antimateria.  Artículos en Wikinoticias: Tormentas terrestres crean flujos de antimateria según estudio Esta obra deriva de la traducción de Antimatter  de  Wikipedia  en  inglés,  publicada  por  sus  editores (https://en.wikipedia.org/wiki/Antimatter?action=history) bajo la Licencia de documentación libre de GNU y la Licencia Creative Commons Atribución­CompartirIgual 3.0 Unported. Obtenido de «https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Antimateria&oldid=83477462» Categoría:  Antimateria https://es.wikipedia.org/wiki/Antimateria

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