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Antimateria
¿Qué es la antimateria? ¿Existe en realidad?
¿Hay masas de antimateria en el Universo? ¿Es posible que el Universo esté
formado casi enteramente por materia, con muy poca o ninguna antimateria? Y si
así es, ¿Por qué? ¿Podemos estar seguros de que es la observación la que falla?
¿Qué uso se puede dar de la antimateria? ¿Si la materia y la antimateria son
exactamente iguales pero opuestas, entonces por qué en el universo hay mucha más
materia que antimateria? ¿Por qué la materia "le ganó" a la antimateria?
Si somos de los que pensamos que todo lo que existe tiene su lado positivo y su lado negativo, todo se ve como un yin yang, no se hará extraño creer en la antimateria como justamente lo contrario a la materia.
¿Qué es la antimateria?
Toda la materia está compuesta por electrones, cargados negativamente y protones cargados positivamente. Así se puede decir que la antimateria es lo mismo que la materia pero con cargas opuestas. Así, en un átomo de antimateria encontramos en lugar de protones (positivos), antiprotones (negativos) y, en lugar de electrones (negativos), antielectrones o positrones (positivos). La antimateria al entrar en contacto con la materia se produciría un efecto llamado de aniquilación, o lo que es lo mismo la transformación de la materia en energía.
Hay varias teorías acerca de la antimateria:
La primera dice que la materia y antimateria existían por partes iguales en el origen del Universo pero que había un poco más de materia que de antimateria. Por consiguiente, la antimateria habría sido totalmente destruida por la aniquilación y el Universo actual estaría constituido por el residuo de materia superviviente.
Otra teoría dice que en
el Universo existen cantidades iguales de materia y de antimateria, obviamente,
en lugares muy lejanos entre ellos. Sin embargo, en los puntos de encuentro, se
producirían grandes fenómenos de aniquilación. Unos rayos, llamados rayos Gamma,
que se suelen observar en el Universo, podrían ser efectos secundarios de estas
reacciones.
Es muy difícil
investigar a través de observaciones astronómicas, ya que materia y antimateria
ya producen emisiones electromagnéticas iguales.
Pero.... ¿Existe en realidad? ¿Hay masas de antimateria en el
Universo?
Si
las hubiera, no revelarían su presencia a cierta distancia. Sus efectos
gravitatorios y la luz que produjeran serian identicos a los de la materia
corriente. Sin embargo, cuando se encontrasen con esta materia, deberían ser
claramente perceptibles las reacciones masivas de aniquilamiento resultantes.
Por esto, los astronomos se afanan en observar especulativamente las galaxias,
para comprobar si hay alguna actividad inusitada que delate las interacciones
materia-antimateria.
¿Es posible, que el
Universo este formado casi enteramente por materia, con muy poca o ninguna
antimateria?
Dado que la materia y la
antimateria son equivalentes en todos los aspectos, excepto en su oposicion
electromagnetica, cualquier fuerza que crease una originaria la otra, y el
Universo deberia estar compuesto de iguales cantidades de una y otra.
Este es el dilema. La teoria nos dice que
deberia haber antimateria, pero la observacion practica se niega a respaldar
este hecho. ¿Y que ocurre con los nucleos de las galaxias activas? ¿Deberian ser
esos fenomenos energeticos el resultado de una aniquilacion materia-antimateria?
NO! Ni siquiera ese aniquilamiento es suficiente, la destruccion seria
muchas veces mayor (para darse una idea de la magnitud lo mas parecido es
el colapso gravitatorio de una supernova al explotar y el fenomeno resultante:
el agujero negro, seria el unico mecanismo conocido para producir la energia
requerida para tanta destruccion)
¿Qué usos puede tener la
antimateria?
La antimateria puede tener diferentes usos:
- El primero como
combustible.
Para imaginaros lo potente que puede
llegar a ser, con sólo 250 gramos de antimateria se
podría
llegar a Marte en 1 día y a la Luna en 8 minutos.
- El segundo sería como
para producir energía.
La antimateria es la fuente de
energía más poderosa conocida por el hombre. Libera una
energía
de una eficacia del cien por cien (la fisión nuclear posee una eficacia del uno
y
medio por cien). La antimateria no genera contaminación ni
radiación, y una gota podría
proporcionar energía eléctrica a
toda Nueva York durante un día.
- El
tercer uso que podría tener la antimateria, y desgraciadamente el más peligroso,
sería el
de armamento. Este proceso de aniquilación
materia-antimateria podría ser empleado
como el explosivo
más potente que pueda imaginarse. Un gramo de antimateria al
unirse
con un gramo de materia produciría una energía
capaz de lanzar 1 millón de toneladas de
material a casi
20000 metros de altura. O lo que es lo mismo, la potencia de veinte
kilones,
es decir, la potencia de la bomba que fue lanzada
sobre Hiroshima.
Pero además de
todo esto, la antimateria tiene muchas limitaciones:
- No existe en el mundo conocido antimateria relativamente disponible.
- Hasta
ahora, en el proceso de obtener una unidad de energía como antimateria hemos
de
gastar previamente 100 millones más de energía.
- La eficacia del almacenamiento actual de antiprotones es tan solo del orden del 1%.
- Si toda
la capacidad se usara para producir antiprotones, los resultados finales al cabo
de
un año únicamente servirían para mantener encendida una
lámpara de 100 vatios durante
3 segundos.
- Si se
acudiera a usar toda la capacidad mundial de antimateria producible la lámpara
no
podría estar encendida más de 6 minutos.
-
Todas las reservas energéticas mundiales existentes de carbón, gas y petróleo,
una vez
convertidas en antiprotones, con los rendimientos
actuales, producirían una energía
insuficiente para que un
automóvil pudiese dar la vuelta a España haciendo un
recorrido
costero.
Conclusión
No sabemos si en realidad existe la antimateria, pero de hecho, en caso de que se descubra, no estamos preparados para recibirla. De hecho se han estado haciendo varios experimentos en busca de antimateria que satisficiese nuestra curiosidad, y sólo se ha conseguido crear unos pocos átomos de antimateria. Todas las expediciones han sido fallidas, ya que en total, se han buscado 450 Km. de la superficie terrestre, mediante análisis de radiaciones cósmicas, y sólo se ha hallado materia. La distancia analizada sin encontrar antimateria ha sido de 309 trillones de kilómetros. Mientras tanto, sólo nos queda intentar avanzar en la ciencia y tecnología para que llegue un día en que podamos producir cantidades de antimateria para todos, claro que sólo para buenos fines.
Un ejemplo ficticio del uso de la antimateria: Motores de antimateria
Los viajes interestelares requieren mucha energía, y no hay lugares para repostar en los largos viajes en el espacio. Se debe de llevar en el camino el combustible, las provisiones, el agua y el aire. Y además tener un motor muy eficiente. Los cohetes químicos que utilizamos actualmente tienen la desventaja de ser muy ineficientes. Para mejorar nuestras perspectivas de viajes espaciales el siguiente paso es utilizar motores nucleares en los que la materia se convierte en energía, tal como sabemos es posible a partir de la Teoría de la Relatividad de Einstein. Pero de nuevo la eficiencia es una cuestión a resolver, puesto que en un motor nuclear sólo podemos convertir un centésima parte del combustible que llevamos en energía para la propulsión de la nave; el resto es peso muerto que se transporta en el viaje.
Una posibilidad es recoger el combustible durante el trayecto. El espacio puede estar vacío de materia, pero no completamente vacío. Tal como lo saben los astrónomos hace décadas, el medio intergaláctico esta ocupado por hidrógeno, moléculas de differentes clases, e incluso polvo.
Considerando la existencia de este
combustible potencial, el motor de Bussard fue propuesto en 1960 por el físico
norteamericano Robert W. Bussard. El principio es aspirar la materia del medio
en el cual se avanza, aspirando el hidrogeno que se encuentra en el medio
interestelar y utilizarlo como combustible, a través de reacciones
nucleares.
El problema práctico es que la densidad de materia en el espacio interestelar es tan baja (en promedio un átomo de hidrógeno por metro cúbico) que deberíamos tener grandes superficies colectoras para poder recoger suficiente material para mover nuestra nave. Serían necesarios spiradores del orden de diámetros de 50.000 kilómetros serían necesarios, posiblementge construidos utilizando campos magnéticos para lograr esta función.
La manera más eficiente conocida por la ciencia moderna para entregar energía a un sistema físico es poner en contacto materia con antimateria, que hacen la veces de combustible (la existencia de antimateria fue predicha por el físico Paul A.M. Dirac en 1929), un proceso que convierte todo el material utilizado como combustible en energía para mover la nave. Este aparentemente es el sistema utilizado en la nave espacial Enterprise en la saga de Star Trek.
El uso de la aniquilación de materia-antimateria como fuente de energía para el movimiento de una nave es una idea que tiene su origen a mediados del siglo pasado. El ingeniero aleman Eugen Sanger creó el diseño de un bombardero orbital para alcanzar Estados Unidos durante la Segunda Guerra Mundial. Propuso la aniquilación de la materia con la antimateria como fuente de propulsión para naves espaciales, puesto que la antimateria tiene la mayor densidad de energía de cualquier material en la Tierra, 100 veces mas eficiente que reactores de fusión o fisión.
La antimateria tiene la misma apariencia que la materia, pero con algunas propiedades diferentes, como por ejemplo la carga eléctrica, que es exactamente la opuesta a la de la materia que compone el universo en que vivimos. Existen entonces el mundo de la antimateria protones negativos y electrones con carga positiva.
Aunque estos motores son la norma en muchas películas que quieren dar un toque realista al viaje interestelar, adolecen de graves problemas para su implementación en el mundo real.
El contacto de materia con antimateria produce la completa aniquilación de ambas, transformándolas en radiación de alta energía, por lo que existe el problema práctico de proteger a la tripulación de la nave de los efectos mortales de la radiación.
Otro detalle a considerar es que tanto materia como antimateria se tienen que almacenar separadamente. Una vez en contacto se aniquilan mutuamente, con lo cual la reacción no se puede regular: cuando se trata con este tipo de motores, es el sisema del llamado "todo o nada".
Pero la cuestión quizá más importante es la siguiente: costaría mas energía crear antimateria de la que después podríamos obtener con éste tipo de método de propulsión. Tambien es necesario recordar que la antimateria tiene que manufacturarse. En materia de costo, sería el combustible mas caro producido por el hombre. A costos actuales, cuesta 6.4 milliones de dólares producir un nanogramo de antimateria.
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