La antimateria: el mundo en negativo (y 2)

(Viene de la entrada anterior)

Se comenzaron a proyectar entonces aceleradores de partículas, en los que se producirían choques frontales de éstas y se obtendrían elevadas energías instantáneas, capaces de producir materia en forma de nuevas partículas.

Así fue como se llegó al descubrimiento del antiprotón –protón con carga negativa- y del antineutrón- partícula que, aunque carece de carga eléctrica, posee una propiedad, el espín, que también tiene un signo que la distingue del neutrón, de signo espín opuesto-. En 1955, los investigadores del acelerador de Berkeley proclamaron haber plasmado ya en fotografías las trayectorias de unos sesenta antiprotones. Al año siguiente, fueron descubiertos los antineutrones. Desde entonces, y gracias siempre a la evolución técnica de los superaceleradores, ha sido descubierta una infinidad de nuevas partículas y sus correspondientes antipartículas: mesones, piones, muones…

Ya se dispone de los componentes esenciales para la creación de un antiátomo: antielectrones, antineutrones y antiprotones. Estas antipartículas se crean profusamente en los aceleradores y pueden llegar a almacenarse. Y, dado que cuando una partícula de materia se encuentra con su colega de antimateria ambas se aniquilan produciendo un estallido de radiación gamma con una energía igual a la expresada por la ecuación de Einstein E=mc2, nos encontramos con lo que podríamos pensar es la solución a nuestros problemas energéticos. Efectivamente, toda la masa se convierte en energía radiante, en fotones de alta frecuencia. Así, si un solo gramo de materia se topara con otro gramo de antimateria se liberaría una energía igual a algo más de 43 kilotones, es decir, algo así como las generadas por tres bombas de Hiroshima, e igual a la energía necesaria para impulsar ¡1.000 lanzaderas espaciales! como las que se han venido utilizando hasta hace poco.

El problema es que no es tan sencillo. En primer lugar, tenemos que ser capaces de producir la antimateria, ya que hasta hace unos años, la única de que disponíamos era la que estaba presente en los rayos cósmicos y que, de vez en cuando, se dignaba a aparecer en nuestras cámaras detectoras. El segundo consiste en ser capaces de transportarla y confinarla de forma adecuada para que no se aniquile con la materia ordinaria en un momento no deseado. Por último, es imprescindible canalizarla en la dirección precisa para conseguir el máximo resultado.

Veamos en primer lugar el problema de la producción de antimateria. La primera sorpresa que se puede uno llevar cuando observa el universo que nos rodea es la aparente ausencia de antimateria. Todo lo que vemos y experimentamos está formado de materia vulgar, ordinaria, de la de andar por casa: electrones, protones y neutrones, básicamente. No resulta nada sencillo encontrar una antipartícula, a no ser que se tenga algo de suerte y de disponga del instrumental adecuado.

Aunque pueda parecernos tirste y desilusionante, puede que eso no sea tan malo, ya que si la antimateria abundase seríamos testigos de continuas ráfagas de radiación gamma generadas por la aniquilación de las antipartículas ordinarias. Es justamente la no presencia de estos destellos fotónicos lo que puede constituir una prueba más evidente de la ausencia de antimateria. ¿Por qué esto es así? ¿Cuál es la razón de que la materia triunfe sobre su “alter ego anti”? El modelo estándar presupone que el universo debe ser simétrico. Esto significa que, justo después del Big Bang, debieron crearse iguales cantidades de partículas que de antipartículas. Y si fue así, ¿por qué no se aniquilaron y el universo primigenio desapareció justo nada más comenzar su existencia? Evidentemente, algo debió de suceder para que estemos aquí y ahora haciéndonos semejante pregunta. ¿Qué fue lo que aconteció que hizo que la materia permaneciese y su opuesta compañera se desvaneciese en la nada?

A lo largo de la historia reciente de la física se han propuesto distintas soluciones a la cuestión anterior. En los años 60 del siglo XX, el físico ruso y premio Nobel de la paz Andrei Sakharov sugirió la posibilidad de que la materia y la antimateria presenten comportamientos ligeramente diferentes, es decir, que exista una cierta falta de simetría en su forma de actuar. Esta diferencia en el comportamiento se podría poner en evidencia mediante lo que se denominó la violación CP (carga y paridad). Existían ciertas pruebas que parecían evidenciar que la carga-paridad no se conservaba en ciertas situaciones.

La primera prueba de la violación CP se obtuvo en el año 1964, cuando se observó en unas partículas llamadas mesones k (kaones), las cuales se desintegraban dando lugar a dos mesones pi (piones). Más recientemente, se han encontrado nuevas evidencias de la violación de la simetría CP. Sakharov creía que este esquivo fenómeno había tenido como consecuencia el hecho de que, tras el Big Bang, habría tenido lugar la formación de una partícula de materia en exceso por cada mil millones de antipartículas (1.000.000.001 frente a 1.000.000.000). Esa ínfima diferencia habría dado lugar al universo que hoy observamos.

Pero, como siempre ocurre en cuestiones de ciencia (y es muy bueno que así sea), existe opiniones contrarias. Por un lado, algunos cosmólogos creen que podrían existir galaxias enteras de antipartículas. Allá por el año 1956, el doctor Maurice Goldhaber, físico en el Brookhaven National Laboratory, sugirió que quizá la antimateria hubiese formado otro universo aparte del nuestro. Proponía que, originalmente, existía una especie de partícula inestable gigantesca a la que llamaba “universón”. En un cierto momento, al principio del tiempo, esta partícula se había dividido en un “cosmón”, con carga eléctrica positiva y un “anticosmón”, eléctricamente negativo. La energía liberada en la separación había alejado mutualmente el cosmón del anticosmón a velocidades inimaginables. Mientras que el primero se convirtió en el universo que conocemos, el segundo puede no haber decaído aún ya que, afirmaba Goldhaber, el decaimiento espontáneo es un proceso estadístico. Si esto ocurriese, podría haber dado lugar a un antiuniverso. De esta forma, un antinucleón que fuese lanzado con suficiente velocidad podría alcanzar nuestro Cosmos, aniquilarse con algún otro nucleón y haber dado lugar a una distribución no esférica de materia en nuestro universo.

Por otro lado, muchos astrofísicos no están de acuerdo con estas ideas. El argumento esgrimido se basa en que el espacio exterior no está vacío y, en consecuencia, las hipotéticas galaxias de antimateria deberían, de cuando en cuando, sufrir colisiones con nubes de gas y polvo interestelares provocando tremendos chorros de rayos gamma muy energéticos y que, en teoría, deberíamos ser capaces de detectar en la Tierra. Finalmente, existen otros partidarios de una hipótesis intermedia entre las dos anteriores. Algunos científicos piensan que la antimateria existe, pero nuestras técnicas no están lo suficientemente avanzadas como para detectarla.

A la vista de todo lo expuesto, la única conclusión práctica que podemos extraer es que, si verdaderamente pretendemos utilizar la antimateria como fuente de energía, tenemos dos opciones: la primera de ellas consiste en dirigirnos hacia el centro de nuestra galaxia (¿a bordo de qué y con qué combustible?), donde parece haber una fuente abundante de la misma; o capturarla, de alguna manera, a partir de las llamaradas solares (la NASA informó que, en el año 2002, una de estas llamaradas había producido alrededor de medio kilogramo de antipartículas).

La segunda posibilidad no es otra que producirla nosotros mismos. Actualmente, esto sólo es posible en las grandes instalaciones dedicadas a la investigación de partículas, como el CERN (Centre Européenne pour la Recherche Nucléaire), en Suiza, o el Fermilab, en Estados Unidos. En estos centros se hace uso de las antipartículas con el fin de estudiar y escudriñar el interior más íntimo de nuestro universo. Haciendo incidir partículas tales como los protones a altísimas velocidades contra un blanco, que suele ser un metal, se pueden producir antiprotones en una proporción de uno de estos últimos por cada millón de los primeros.

Hoy en día, aunque no resulta excesivamente complicado producir antimateria con nuestro nivel tecnológico, resulta ser un mal negocio, pues la rentabilidad del proceso es bajísima. Esto es, la energía que se gasta para producirla no es muy inferior a la que se podría obtener de ella. Y aún peor, la producción de antiprotones en el CERN no supera los 10 millones por segundo. Parece impresionante. Sin embargo, si hacemos cuentas, llegamos al a conclusión de que la producción anual de antiprotones ronda, aproximadamente, el medio nanogramo. Si aún así no nos queda claro, lo explicaremos de otra manera: para llegar a disponer de un triste gramo de antimateria necesitaríamos 2.000 millones de años, y para fabricar tan sólo 7 gramos de antiprotones, la edad del universo. Más aún la energía que podríamos sacar de ese medio nanogramo anual daría únicamente para mantener encendida una bombilla de 100 watts durante 7 minutos y medio. ¡Vaya chasco!

En relación con el problema de la producción de antimateria, el del almacenamiento de la misma parece menor. En la denominada trampa de Pening, las antipartículas cargadas se mantienen en suspensión mediante campos electromagnéticos que las llevan de un lado a otro impidiendo que lleguen a tocar las paredes, condición sine qua non para la existencia de antipartículas.

La trampa de Penning tiene dos serios inconvenientes: su enorme tamaño y su peso. Para hacerse una idea, una de estas trampas, la Mark I, que se encuentra en la universidad estadounidense de Penn State, posee un peso aproximado de 100 kg y es capaz de almacenar unos 10.000 millones de antiprotones por un tiempo no superior a una semana. Actualmente se trabaja con denuedo para intentar conseguir reducir el volumen de las trampas de Penning, así como para prolongar el plazo de confinamiento.

Las andanzas de la raza humana por el sendero de la antimateria no han hecho sino empezar. Tengamos en cuenta que la primera vez que se produjeron antiátomos en el CERN (de antihidrógeno, para ser precisos) fue en 1996. Y que en 2007, once años después, se consiguió fabricar una molécula (el dipositronio) formada por materia y antimateria, simultáneamente. Quién sabe si, en un futuro, estas moléculas nos podrían proporcionar un combustible bueno, bonito y barato.