¿Qué tan peligrosa es la antimateria?

Bomba de antimateria

Imagen astronómica compuesta de la materia oscura que queda tras una colisión de galaxias (cúmulo Abell 520). La luz de las estrellas se colorea de blanco y naranja, mostrando la ubicación de las galaxias. El gas caliente de la colisión está coloreado en verde. La materia oscura que queda es de color azul y está determinada por las mediciones de las lentes gravitacionales. Imagen de dominio público, fuente: NASA, ESA, CFHT, CXO, M.J. Jee (Universidad de California, Davis) y A. Mahdavi (Universidad Estatal de San Francisco).

Sí. Aunque los nombres suenen vagos y casi ficticios, los tipos de materia llamados antimateria, materia oscura, energía oscura y materia degenerada son entidades diferentes y específicas que existen realmente en nuestro universo.

La antimateria es muy rara en nuestro universo en comparación con la materia regular, pero hay pequeñas cantidades de antimateria por todas partes en el mundo natural, incluso dentro de tu cuerpo. La antimateria se crea mediante muchos tipos de desintegración radiactiva, como la del potasio-40. Cuando comes un plátano, estás comiendo trazas de átomos productores de antimateria. La cantidad es tan pequeña que no afecta realmente a su salud. Pero sigue estando ahí. ¿Por qué no se acumula antimateria en tu cuerpo? La clave está en que nuestro universo está hecho en su mayor parte de materia regular, por lo que la antimateria no puede permanecer mucho tiempo. Muy poco después de crearse la antimateria, choca con la materia regular y se destruye de nuevo. La antimateria también es producida por los relámpagos y los rayos cósmicos. Los físicos la conocen bien y la predicen las teorías estándar de la física de partículas.

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Asimetría materia-antimateria

La antimateria es una materia compuesta por antipartículas, un elemento básico de la ciencia ficción y de las historias de superhéroes. Todo lo que la ficción parece saber (o preocuparse) sobre la antimateria es que (a) es muy rara, y (b) cuando entra en contacto con la materia “real”, provoca una gran explosión que puede ser radiactiva y lo suficientemente grande como para hacer volar un planeta o alimentar una tecnología exótica y valiosa. Eso la convierte en un recurso argumental bastante útil: una forma altamente destructiva y escasa de flebotinio que nadie entiende pero que tiene alguna base en la vida real.

Anuncio: La antimateria existe en la vida real. Sin embargo, sólo puede formarse como producto de la desintegración radiactiva o de partículas que colisionan a muy alta velocidad, y sólo dura unos breves instantes hasta que entra en contacto con la materia normal. Las antipartículas tienen exactamente las mismas propiedades que las partículas normales (masa, momento angular intrínseco, etc.), pero algunas de sus propiedades están invertidas: los antiprotones tienen carga eléctrica negativa, los antielectrones (también conocidos como positrones) tienen carga positiva, y los antineutrones y antiprotones tienen números bariónicos negativos. Y en algunos casos, como los fotones y los piones neutros, la partícula es su propia antipartícula. Cuando los electrones se encuentran con positrones, ambas partículas se aniquilan mutuamente y emiten radiación gamma (y si lo hacen a alta energía, también pueden producir otras cosas). Cuando los protones y los neutrones se encuentran con antiprotones y antineutrones, también se aniquilan, dando lugar a una estrella de piones que salen disparados y que, finalmente, también decaen en radiación gamma de alta energía.

Materia oscura y antimateria

Esta es esencialmente una pregunta de ingeniería. Los peligros, o los riesgos, como se suelen llamar en ingeniería, tienen dos aspectos: la probabilidad y el resultado. Algo puede ser de alto riesgo por su alta probabilidad, o por su grave resultado.

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En el caso de la antimateria, cualquier fallo de contención importante provocaría una pérdida catastrófica, por lo que es un riesgo importante independientemente de la probabilidad. La razón principal es que la cantidad de energía liberada, incluso en un pequeño fallo de contención, es muy alta, lo que probablemente llevará a la pérdida de todo el sistema de contención, y por tanto a la liberación instantánea de toda la energía a bordo. Y esta liberación se producirá en un aluvión de radiación de alta energía, parte de la cual será a su vez antimateria (positrones rápidos).

Dicho esto, probablemente no se puedan eliminar por completo las fugas. Habrá algún átomo ocasional que se escape de la contención y reaccione violentamente. Necesitarás un revestimiento secundario que debería sobrevivir a la duración del viaje; esto es muy sacrificado. El objetivo principal es manejar la radiación secundaria; no debería dañar ni el confinamiento ni la propia nave, siendo al mismo tiempo ligero.

¿Existe la antimateria?

La materia ordinaria -la que compone la Tierra, nuestros cuerpos y gran parte del universo visible- está formada por tres tipos de partículas: protones, neutrones y electrones. Los protones y los neutrones son las partes pesadas que constituyen el centro (núcleo) de un átomo, mientras que los electrones, mucho más ligeros, forman una nube a su alrededor. Un protón y un electrón tienen cargas iguales pero opuestas, por lo que cuando hay el mismo número de protones y electrones en un átomo, éste es neutro y estable.

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Sin embargo, cada una de estas partículas tiene una especie de “gemelo malvado”, su antipartícula. Por ejemplo, la antipartícula de un protón se llama simplemente antiprotón, y la antipartícula de un electrón se llama positrón. Un positrón pesa lo mismo que un electrón, pero tiene la misma carga que un protón. Dado que las cargas opuestas se atraen, los electrones son atraídos por los positrones de la misma manera que lo son por los protones. Sin embargo, si una partícula se encuentra con su antipartícula, ocurre algo sorprendente: ¡se destruyen completamente! Los científicos llaman a esto aniquilación, y aunque suene aterrador, es difícil reunir suficiente antimateria para que sea peligrosa: prácticamente la única vez que vemos antimateria es cuando la fabricamos en el laboratorio.

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