¿Qué es la antimateria?

El Universo es un lugar asombroso y lleno de misterios. Cuantas más preguntas respondemos acerca de su naturaleza, más aparecen. Y uno de los hechos totalmente comprobados que más nos hacen estallar la cabeza es que la materia bariónica, es decir, aquella constituida por átomos formados por los protones, neutrones y electrones que conocemos, representa solo el 4% del Cosmos.

Es decir, la materia que podemos ver, percibir y medir, desde la que constituye las estrellas hasta la que se agrega para formar nuestros cuerpos, conforma solo el 4% del Universo. ¿Y el 96% restante? ¿Dónde está? Pues aquí llegan las cosas increíbles y, a la vez, misteriosas.

Y es que además de este 4% de materia bariónica, tenemos un 72% de energía oscura (una forma de energía contraria a la gravedad pero que no podemos medir ni percibir directamente, pero sí ver sus efectos en lo que a expansión acelerada del Cosmos se refiere), un 28% de materia oscura (tiene masa y, por lo tanto, genera gravedad, pero no emite radiación electromagnética, por lo que no podemos percibirla) y, por último, un 1% de antimateria.

En el artículo de hoy nos centraremos en esta última. La antimateria es el tipo de materia compuesta por antipartículas. Y aunque suene muy exótico, raro y peligroso, como veremos hoy, no tiene nada de esto. Ya no solo es que sea perfectamente normal, sino que puede tener, en un futuro, asombrosas aplicaciones en Medicina e incluso en los viajes interestelares. Prepárate para que te estalle la cabeza.

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¿Qué es exactamente la antimateria?

Antes de empezar, hay que dejar muy clara una cosa. A pesar de que puedan parecer similares, la antimateria no es sinónimo de materia oscura. Son cosas totalmente diferentes. No tienen, en absoluto, nada que ver. Más que nada porque la antimateria cumple con la propiedad de la materia “normal” de emitir radiación electromagnética (por lo que la podemos percibir), mientras que la materia oscura, no.

Habiendo recalcado esto, podemos empezar. Como bien sabemos, la materia bariónica (de la que estamos hechos nosotros, las plantas, las piedras, las estrellas…) está formada por átomos, un nivel de organización de la materia compuesto por partículas subatómicas.

En el caso de nuestra materia bariónica, estas partículas que conforman los átomos, que son el pilar básico de la materia, son los protones (partículas de carga eléctrica positiva que se localizan en el núcleo), los neutrones (partículas sin carga eléctrica que también se localizan en el núcleo) y electrones (partículas de carga eléctrica negativa que orbitan alrededor de este núcleo). Hasta aquí, todo normal.

Pues bien, la antimateria consiste en revertir la carga de la materia. Nos explicamos. La antimateria es aquella que está compuesta por antiátomos, los cuales son básicamente átomos compuestos por antipartículas. En este sentido, técnicamente es un error considerarla como un tipo de materia. No lo es. La antimateria es antimateria. Nos explicamos otra vez.

Los antiátomos son el pilar de la antimateria (igual que los átomos son el pilar de la materia bariónica) y tienen la particularidad de estar constituidos por antipartículas, las cuales son el antiprotón, el antineutrón y el antielectrón. ¿Se ha entendido? Seguramente no, pero ahora lo veremos mejor.

La antimateria es exactamente igual que la materia bariónica, lo único que las partículas de las que está formada tienen la carga eléctrica inversa. En este sentido, los antiprotones son exactamente iguales a los protones (misma masa, mismo tamaño, mismas interacciones…) pero con carga eléctrica negativo; mientras que con los antielectrones (conocidos aquí como positrones), lo mismo, son iguales que los electrones de la materia bariónica pero con carga positiva.

Como vemos, la antimateria es igual que la materia pero está constituida por antipartículas subatómicas, lo que implica que su núcleo tiene carga negativa y los electrones que orbitan a su alrededor, carga positiva. Todo lo demás es exactamente igual.

Esta contrariedad hace que la antimateria y la materia, cuando están en contacto, se aniquilen, liberando energía en (seguramente) el único proceso energético con un 100% de eficacia. Toda la energía presente en sus partículas (y antipartículas) se libera. Y esto, lejos de ser peligroso, abre la puerta a asombrosas aplicaciones que comentaremos más adelante.

En resumen, la antimateria, descubierta en 1932 (e hipotetizada a principios de siglo) es aquella que conforma el 1% del Universo y que está formada por antiátomos, los cuales están constituidos, a su vez, por las antipartículas antiprotón, antineutrón y positrón (o antielectrón), iguales a las partículas de la materia bariónica pero con carga eléctrica contraria.

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¿Dónde está la antimateria?

Muy buena pregunta. No lo sabemos exactamente. Al menos, no entendemos cómo puede existir de forma natural en el Universo, pues como ya hemos dicho, una antipartícula y una partícula, cuando entran en contacto, se aniquilan provocando la liberación de energía. Pero para intentar dar respuesta a esto, tenemos que viajar un poco en el pasado. Nada, solo un poco. Hasta el momento exacto del Big Bang, hace ahora 13.800 millones de años.

En el momento del nacimiento del Universo, sabemos que, en el Big Bang, por cada partícula de materia bariónica que se “creó”, se “creó” también una partícula de antimateria. Es decir, justo después del Big, por cada protón que había en el Cosmos, había un antiprotón. Y por cada electrón, un positrón.

Por lo tanto, cuando el Universo se formó, la proporción de materia-antimateria era la misma. Pero, ¿qué pasó? Bueno, pues que conforme pasó el tiempo, debido a las interacciones de aniquilación entre ellas, la simetría se rompió y la materia ganó la batalla. Por lo tanto, en este duelo, ganó la materia bariónica.

De ahí que, de acuerdo a las estimaciones, constituya “solo” el 1% del Universo. Algunas teorías apuntan a que las estrellas del Cosmos estarían compuestas, en realidad, por antiátomos. Aun así, esta teoría no se sostiene demasiado, pues sus antipartículas se aniquilarían en contacto con el resto de partículas del Universo.

De todos modos, pese a que no sabemos exactamente su naturaleza u origen, sí que sabemos dónde encontrarla. Y no hay que irse demasiado lejos. Aquí mismo en la Tierra hay antimateria o, siendo más precisos, antipartículas. Y es que no da tiempo a que lleguen a formarse antiátomos, pues son aniquilados al poco tiempo. De lo contrario, podrían formarse antielementos (como el antihidrógeno y cualquiera de los otros de la tabla periódica), antimoléculas, anticélulas, antipiedras, antimundos, antiestrellas e incluso antihumanos. Pero volvamos a la realidad.

Aunque sea de forma puntual, en la Tierra pueden aparecer antipartículas. ¿Cómo? Bueno, de distintas maneras. Los rayos cósmicos que proceden, por ejemplo, de las supernovas, pueden “transportar” antipartículas (pero están destinadas a desaparecer en cuanto interactúen con una partícula de materia bariónica).

También podemos encontrar antipartículas en procesos de radiactividad (hay distintos elementos radiactivos que son una fuente natural de antipartículas) o, lo que es más interesante de todo, en los aceleradores de partículas.

En efecto, en el Gran Colisionador de Hadrones estamos “produciendo” antipartículas al hacer colisionar protones entre sí a velocidades cercanas a la de la luz para descomponerlos en, entre otras cosas, antiprotones. Y aquí, como veremos, está el secreto de sus potenciales aplicaciones.

En resumen, no sabemos dónde existe la antimateria (ni siquiera estamos seguros de que exista de forma natural), pero sí sabemos que hay fuentes naturales de antipartículas. Es decir, no estamos seguros de que existan antiátomos, pero sí de que hay antipartículas que, como veremos ahora, podemos utilizar.

¿Qué aplicaciones puede tener la antimateria?

Llegamos a la parte más interesante. Y aunque por su nombre, la antimateria parece algo tremendamente exótico y propio de la ciencia ficción, lo cierto es que puede tener aplicaciones asombrosas en nuestra sociedad.

Todo está en estudio, pero tiene un enorme potencial. Empezando por el mundo de la Medicina. Y es que se está estudiando la posibilidad de utilizar haces de positrones en lo que se conoce como “tomografía por emisión de positrones”. Con ella, estaríamos “bombardeando” positrones a nuestro cuerpo para obtener imágenes de su interior. Por muy peligroso que suene, nada más lejos de la realidad. La calidad de las imágenes sería mucho mayor y los riesgos serían mucho menores que los de la tradicional con rayos X.

Incluso se está estudiando la posibilidad de utilizar haces de antiprotones para tratar el cáncer. De hecho, la protonterapia es una forma de tratamiento (especialmente para cánceres en el sistema nervioso y en niños que no pueden someterse a otras terapias) en la que generamos un haz muy preciso de protones para destruir a las células cancerosas, minimizando así los daños en los tejidos sanos. En este contexto, los resultados preliminares de usar antiprotones en lugar de protones indican que, en efecto, serían más efectivos para destruir células cancerosas sin hacer prácticamente daño a nuestro cuerpo. La antimateria, pues, podría cambiar enormemente el mundo de la Medicina.

Y aún podemos ir más allá. Y es que como sabemos que el contacto de materia con antimateria es el proceso energéticamente más efectivo que existe, se cree que nos permitirá los viajes interestelares. Y es que mientras que de la energía nuclear se consiguen 80.000 millones de julios (la unidad estándar de energía) por gramo, de la antimateria conseguiríamos 90 millones de millones de julios por gramo.

Con muy poca antimateria tendríamos energía para sustentar cualquier máquina durante muchísimo tiempo. Y no solo es la fuente de energía más eficaz, sino que también es la más limpia. El 100% de la aniquilación antimateria-materia se convierte en energía, no hay ningún residuo.

Entonces, ¿por qué no se está utilizando ya en todo el mundo si pondría fin no solo a los problemas de energía, sino también a la contaminación? Porque, por desgracia, producirla es increíblemente caro. Hasta que no encontremos un modo de hacer más eficiente su producción, es simplemente inviable su fabricación.

Y es que aunque puede producirse en los aceleradores de partículas, esto sucede a una escala tan pequeña que se cree que, para conseguir un gramo de antimateria pura, el coste de producción sería de más de 62.000 millones de dólares. Es decir, ahora mismo, un gramo de antimateria cuesta 62 mil millones de dólares.

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Ojalá en un futuro consigamos descifrar los secretos de la antimateria y encontremos el modo de producirla de forma eficiente, pues no solo salvaría millones de vidas en lo que a sus aplicaciones en el mundo de la Medicina se refiere, sino que nos abriría las puertas a los viajes interestelares. En resolver los misterios de la antimateria radica el siguiente paso de la humanidad.