¿Dónde está la antimateria en el Universo?

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Las galaxias, como Abell 1689, no deberían existir en absoluto según el modelo estándar de la física(Imagen: NASA / N Benitez (JHU) / T Broadhurst (Instituto de Física Racah/Universidad Hebrea) / H Ford (JHU) / M Clampin (STScI) / G Hartig (STScI) / G Illingworth (UCO/Observatorio Lick) / el equipo científico de la ACS y la ESA)

Si tuviéramos que enumerar las imperfecciones del modelo estándar -la descripción extraordinariamente exitosa de la materia y sus interacciones por parte de los físicos-, la predicción de que no existimos sería una de las más importantes.

Según la teoría, la materia y la antimateria se crearon en cantidades iguales en el Big Bang. Por derecho, deberían haberse aniquilado totalmente en el primer segundo de la existencia del universo. El cosmos debería estar lleno de luz y poco más.

Hay dos soluciones plausibles a este misterio existencial. En primer lugar, podría haber alguna sutil diferencia en la física de la materia y la antimateria que dejara al universo primitivo con un excedente de materia. Aunque la teoría predice que el mundo de la antimateria es un reflejo perfecto del nuestro, los experimentos ya han encontrado arañazos sospechosos en el espejo. En 1998, los experimentos del CERN demostraron que una partícula exótica en particular, el kaón, se convertía en su antipartícula con una frecuencia ligeramente superior a la que ocurría a la inversa, creando un pequeño desequilibrio entre ambas.

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Las partículas y antipartículas tienen propiedades opuestas, como la carga eléctrica. Por ejemplo, la antipartícula del electrón negativo es el positrón positivo. Todos los procesos físicos que conocemos crean cantidades iguales de materia y antimateria.

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Sin embargo, cuando una partícula se encuentra con su antipartícula, se “aniquila”, convirtiéndose finalmente en fotones de alta energía. Por lo tanto, el Universo no debería contener ni materia ni antimateria, y ser sólo un mar de fotones. En cambio, contiene suficiente materia para formar unos dos billones de galaxias y, por lo que sabemos, ninguna antimateria.

Una pista de lo que ocurrió con toda la antimateria viene del hecho de que el “resplandor” del Big Bang (la radiación cósmica de fondo) contiene unos 10.000 millones de fotones por cada partícula de materia del Universo actual. Esto nos dice que, en el Big Bang, había 10.000 millones de partículas de materia por cada 10.000 millones de antimateria, y que tras una orgía de aniquilación había 10.000 millones de fotones por cada partícula de materia.

Los físicos llevan mucho tiempo buscando una sutil asimetría en las leyes de la física que explique este exceso de materia sobre antimateria en el Big Bang. Y creen haberla encontrado en el comportamiento de los neutrinos.

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En la física moderna, la antimateria se define como la materia compuesta por las antipartículas (o “compañeras”) de las partículas correspondientes de la materia “ordinaria”. En los aceleradores de partículas se generan diariamente cantidades minúsculas de antipartículas -la producción artificial total ha sido de sólo unos pocos nanogramos[1]- y en procesos naturales como las colisiones de rayos cósmicos y algunos tipos de desintegración radiactiva, pero sólo una pequeña fracción de ellas se ha unido con éxito en experimentos para formar antiátomos. Nunca se ha reunido una cantidad macroscópica de antimateria debido al coste extremo y a la dificultad de su producción y manipulación.

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La antimateria es materia de ciencia ficción. En el libro y la película “Ángeles y demonios”, el profesor Langdon intenta salvar la Ciudad del Vaticano de una bomba de antimateria. La nave Enterprise de Star Trek utiliza la propulsión por aniquilación materia-antimateria para viajar más rápido que la luz.

Pero la antimateria es también la materia de la realidad. Las partículas de antimateria son casi idénticas a sus homólogas de materia, salvo que llevan la carga y el giro opuestos. Cuando la antimateria se encuentra con la materia, se aniquila inmediatamente en energía.

Según la teoría, el Big Bang debería haber creado materia y antimateria en cantidades iguales. Cuando la materia y la antimateria se encuentran, se aniquilan y no dejan más que energía. Así que, en principio, ninguno de nosotros debería existir.

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Pero lo hacemos. Y por lo que los físicos pueden decir, es sólo porque, al final, había una partícula de materia extra por cada mil millones de pares de materia-antimateria. Los físicos se afanan en tratar de explicar esta asimetría.

Pequeñas cantidades de antimateria llueven constantemente sobre la Tierra en forma de rayos cósmicos, partículas energéticas procedentes del espacio. Estas partículas de antimateria llegan a nuestra atmósfera a un ritmo que va desde menos de una por metro cuadrado hasta más de 100 por metro cuadrado. Los científicos también han visto pruebas de la producción de antimateria por encima de las tormentas eléctricas.

Gabriel Jimenez
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