Antimateria, energía de ciencia ficción

Fernando Hernández Poveda »

La antimateria es un recurso muy utilizado en el mundo de la ciencia ficción¹. Uno de los ejemplos más famosos lo encontramos en la saga de películas Star Trek, en las que se utiliza antimateria como combustible de la famosa nave Enterprise. También en la novela Ángeles y demonios, de Dan Brown, se utiliza este tipo de materia en una bomba capaz de destruir el Vaticano. Incluso Isaac Asimov ha utilizado este recurso en algunas de sus historias, pero, ¿qué tiene de real?, ¿tiene aplicaciones en la actualidad?

Es muy real. La antimateria² fue descubierta matemáticamente por Paul Adrien Maurice Dirac en 1928, en un estudio basado en la teoría de la relatividad de Einstein y en los descubrimientos sobre física cuántica de Bohr, y por este descubrimiento fue galardonado con el Premio Nobel en 1933. Sus predicciones fueron corroboradas experimentalmente por Carl David Anderson en 1932, cuando este descubrió la existencia de una partícula igual que el electrón, pero de carga opuesta, mientras investigaba el comportamiento de los rayos cósmicos, hecho por el que fue premiado con el Nobel de 1936.

¿Qué es?

Pero, ¿qué es exactamente la antimateria? Es un tipo de materia idéntica a la que nosotros conocemos en masa e interacciones entre partículas y átomos, pero compuesta por antiprotones (protones de carga negativa), positrones (electrones de carga positiva) y los difícilmente explicables antineutrones, por su naturaleza neutra. Estas partículas también tienen movimientos de rotación contrarios a los de las partículas de materia y, en consecuencia, polos magnéticos invertidos.

Demostrar la existencia de la antimateria es realmente difícil, ya que el contacto de la materia con la antimateria hace que se aniquilen mutuamente, proceso en el cual la masa se transforma en energía en forma de fotones. Este hecho, unido a la estructura de la antimateria, confirma una de las teorías mas importantes de todos los tiempos: la teoría de la relatividad de Einstein, mediante la cual este físico predijo la equivalencia entre masa y energía. La cantidad de energía liberada en este proceso es mucho mayor que en el proceso de fusión y fisión nuclear (0.5g de antimateria producirían una explosión equivalente a la explosión de la bomba nuclear de Hiroshima). Sería, eso sí, una forma limpia de obtener energía porque no se producen residuos.

De poder producirla y controlarla, ello supondría un avance enormemente revolucionario para la industria. De hecho, en el Centro Europeo de Investigación Nuclear (CERN), en 1995, los investigadores lograron crear 9 átomos de antihidrógeno. Actualmente, existen máquinas como el Large Hadron Collider (LHC³), el acelerador de partículas más grande del mundo situado en el CERN, en Suiza, capaces de producir antimateria, entre otras muy importantes investigaciones llevadas a cabo en las que se tiene como objetivo encontrar el origen de la materia. En este proceso se hacen chocar protones a casi la velocidad de la luz entre sí o contra laminas metálicas, convirtiéndose la energía cinética de estos protones en rayos gamma y en antipartículas. También podemos encontrar partículas de antimateria en la naturaleza (por ejemplo, el flúor-18 es un isótopo radiactivo emisor de positrones).

Aunque todo esto es realmente esperanzador, todo tiene sus inconvenientes. El proceso de producción⁴ de antimateria es realmente caro: para producir un nanogramo de antihidrógeno se necesitan aproximadamente 200 millones de euros. Además, es un proceso muy lento con los métodos actuales: 1 gramo de antimateria tardaría unos 100.000 millones de años en producirse. Otro inconveniente es que no puede almacenarse en un recipiente normal, ha de almacenarse en trampas electromagnéticas que son, explicadas de manera muy esquemática, tubos de vacío con campos electromagnéticos que impiden que las antipartículas toquen la materia y se aniquilen.

Aplicaciones

Aunque sabemos sus aplicaciones en la ciencia ficción, la antimateria ya se está utilizando en diversos campos. En la medicina, los rayos gamma son utilizados en la detección con precisión de tejido tumoral y en el movimiento de órganos en el cuerpo mediante técnicas de topografía mpor emisión de positrones (TEP). En las TEP⁵ se administran a los pacientes sustancias radiactivas fácilmente asimilables por los tejidos a examinar. Una vez absorbidas, los positrones emitidos por estas sustancias se aniquilan con electrones presentes, lo que produce radiaciones gamma que son recogidas por aparatos que las detectan y las miden, obteniéndose una imagen precisa de la zona de interés.

También en medicina, ayuda en la cura del cáncer: se bombardean hadrones (partículas compuestas de quarks y/o antiquarks) contra el tejido tumoroso que tiende a romper su ADN más allá del punto de regeneración, siendo mucho menor el daño producido en el tejido sano circundante que el producido por rayos X. Los haces de antiprotones tienen la ventaja adicional con respecto a los protones, de que al llegar a la zona deseada, estos se aniquilan dando una cantidad de energía adicional que asegura un mayor daño de la zona a tratar.

Se utilizan también antipartículas en la búsqueda de imperfecciones en distintos materiales como metales, semiconductores, cristales, aleaciones o materiales porosos. A todo esto habría que añadir que actualmente se están haciendo investigaciones que tienen como objetivo el uso de antimateria como combustible de naves espaciales, además de su evidente importancia en el continuo estudio de las leyes de nuestro mundo. Lamentablemente, parte de estas investigaciones están destinadas al uso de este tipo de materia en el ámbito militar, donde, por ejemplo, se ha investigado su utilización en bombas.

En conclusión, aún estamos lejos de llegar al nivel de la ciencia ficción, pero si se llegara a poder producir y almacenar antimateria de manera eficiente, sería toda una revolución en ámbitos tan importantes y necesarios como la medicina y el desarrollo de nuevas energías limpias.

Notas

1. Información relativa a la antimateria en la ciencia ficción extraída del siguiente enlace: http://www.sabermas.umich.mx/archivo/secciones-anteriores/articulos/75-numero-10/154-el-mundo-de-la-antimateria.html
2. Información relativa al descubrimiento, estructura y aniquilación de la antimateria extraída de los siguientes enlaces: http://astrojem.com/antimateria.html y http://www.elorigendelhombre.com/antimateria.html
3. Información relativa al CERN, LHC y su funcionamiento extraída de los siguientes enlaces: http://www.sabermas.umich.mx/archivo/secciones-anteriores/articulos/75-numero-10/154-el-mundo-de-la-antimateria.html, http://astrojem.com/antimateria.html y http://www.elorigendelhombre.com/antimateria.html.
4. Datos relativos a la producción de antimateria extraídos de los siguientes enlaces: http://www.sabermas.umich.mx/archivo/secciones-anteriores/articulos/75-numero-10/154-el-mundo-de-la-antimateria.html1Química – Theodore L. Brown ed.12.pdf y http://www.elorigendelhombre.com/antimateria.html
5. Información relativa al funcionamiento de las TEP extraída de los siguientes enlaces: http://www.sabermas.umich.mx/archivo/secciones-anteriores/articulos/75-numero-10/154-el-mundo-de-la-antimateria.html y http://eltamiz.com/2007/12/20/%C2%BFen-que-consiste-una-tomografia-por-emision-de-positrones-tep/

Bibliografía