¡Materia – Antimateria! ¿Habrá universos de antimateria?

                                                                      Acelerador de antiprotones del CERN

 Allá por el año 2011, los medios publicaron la noticia: “El experimento Alpha del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) ha conseguido atrapar átomos de antimateria durante más de 1.000 segundos, 16 minutos, lo que les permitirá a estudiar sus propiedades en detalle, según explicó un artículo publicado en ‘Nature Physics.

                   Protón y anti-protón

Para hablar de antimateria lo tenemos que hacer de antipartículas, es decir, partículas subatómicas que tienen la misma masa que otras partículas y valores iguales opuestos de otra propiedad o propiedades. Por ejemplo, la antipartícula del electrón es el positrón, que tiene una carga positiva igual en módulo a la carga negativa del electrón. El antiprotón tiene una carga negativa igual en módulo a la carga positiva del protón. El neutrón y el antineutrón tienen momentos magnéticos con signos opuestos en sus espines.

“Paul Dirac compartió en 1933 el Premio Nobel de Física con Erwin Schrödinger «por el descubrimiento de nuevas teorías atómicas productivas». Dirac obtuvo la cátedra Lucasiana de matemáticas de la Universidad de Cambridge donde ejerció como profesor de 1932 a 1969.

 

 

La ecuación de Dirac describe las amplitudes de probabilidad para un electrón solo. Esta teoría de una sola partícula da una predicción suficientemente buena del espín y del momento magnético del electrón, y explica la mayor parte de la estructura fina observada en las líneas espectrales atómicas.

       Función de onda cuántica de Schrödinger

“La ecuación de Schrödinger, desarrollada por el físico austríaco Erwin Schrödinger en 1925, describe la evolución temporal de una partícula subatómica masiva de naturaleza ondulatoria y no relativista. Es de importancia central en la teoría de la mecánica cuántica, donde representa para las partículas microscópicas un papel análogo a la segunda ley de Newton en la mecánica clásica. Las partículas microscópicas incluyen a las partículas elementales, tales como electrones, así como sistemas de partículas, tales como núcleos atómicos.”

 

Paul Adrien Maurice Dirac, considerado uno de los padres de la mecánica cuántica, a la que dio una formulación elegante y precisa, tal punto que su texto es aún utilizado hoy en día. Él predijo la existencia del Positrón, la antipartícula del Electrón. Le concedieron el Premio Nobel de Física en 1933 (compartido con su colega Erwing Schrödinger.

La existencia de antipartículas es predicha por la mecánica cuántica relativista, cuando una partícula y su correspondiente antipartícula colisionan ocurre la aniquilación. La antimateria consiste en materia hecha de antipartículas.

Por ejemplo, el anti-hidrógeno consiste en un antiprotón con un antielectrón (positrón) orbitando. El anti-hidrógeno ha sido creado artificialmente en el laboratorio. El espectro del anti-hidrógeno no debería ser idéntico al del hidrógeno. Parece que el Universo está formado mayoritariamente por materia (ordinaria) y la explicación de la ausencia de grandes cantidades de antimateria debe ser incorporada en modelos cosmológicos que requieren el uso de teorías de gran unificación de partículas elementales.

Los físicos del CERN han obligado a los átomos de anti-hidrógeno a quedarse, lo que potencialmente nos ofrecen una mejor visión de cómo se comporta la antimateria. Primeramente, los investigadores informaron de la captura de anti-hidrógeno, el de antimateria más simple. Pero su captura en ese momento se limitaba a de dos décimas de segundo. Ese intervalo se ha ampliado en más de 5.000 veces. En un estudio publicado el 5 de junio de 2011 en Nature Physics por este grupo de investigadores (ALFA) se informa de este mismo logro por un tiempo de 16 minutos y 40 segundos.

Constante de estructura fina. En física, las constantes son eso: Un número constante. Siempre. En cualquier lugar. Para toda la eternidad. Te muevas hacia un lado o hacia otro, gires, patalees o te revuelques. No importa cómo lo midas… es constante.

Pero de todas las constantes universales conocidas, hay una muy especial:

 

Le dicen “alfa” (α) o Constante de Estructura Fina, y tiene la particularidad de ser adimensional, es decir, no tiene unidades. Es solo un número:

Algo parecido a 1/137…

La particularidad de ésta constante es que puedes calcularla, usando otras constantes:

Tomas la velocidad de la luz, la carga de un electrón, la constante de Plank, la permisividad del vacío, el número cuatro y el número pi. Acomodas esos números de determinada manera y el resultado es un hermoso número adimensional que con toda seguridad es constante ya que está formado por otras constantes.

 

Lo curioso es que, aunque sea una mezcla de otras constantes, ese número tiene sentido físico real: define entre otras cosas los niveles de energía de los átomos, y puede ser determinada midiendo las franjas del espectro de luz que emiten las estrellas, o las bandas oscuras de la luz absorbida por los gases galácticos.

 

 

Las partículas subatómicas de materia, protones, neutrones y electrones tienen partículas homólogas de antimateria. la materia y la antimateria se juntan se aniquilan en una explosión de energía. como el átomo de hidrógeno se compone de un protón unido a un electrón, un átomo de anti-hidrógeno contiene un antiprotón y un positrón.

La Materia, aunque estamos en vías de adquirir profundos conocimientos de sus secretos, a pesar de eso, nos es aún (en ciertos aspectos) una gran desconocida, ya que, se habla de materia extraña, materia oscura o materia fértil y, luego, habrá clases de materia que ni podemos suponer, como por ejemplo, ¿Qué clase de materia será, la que se crea al morir una estrella masiva se forma un agujero negro que, por medio de la Gravedad, comprime  la materia común hasta límites tan extremos y desconocidos que desaparece de mundo nuestro y sólo deja sentir la enorme fuerza de gravedad que genera, de tal manera que en ese lugar, dejan de existir el tiempo y el espacio?

Es tanta la ignorancia que atesoramos sobre la materia que, tapar huecos que para nosotros no tienen explicación, hablamos de cosas extrañas como la “materia oscura” que, finalmente, podría estar representada por una sustancia cósmica, o, la sustancia primigenia del Cosmos, que los clásicos griegos llamaron Ylem (la sustancia cósmica), algo que no sabemos lo que es ni de qué estar compuesta, no emite radiación y resulta invisible, y, al parecer, según nos dicen, lo único que deja “ver”  o “sentir” es la Gravedad que genera y que incide en el devenir del Universo.

 En realidad, aún no tenemos claro ni cómo pudieron formarse las galaxias a pesar de la expansión de la expansión de Hubble, ya que, según la expansión del universo la materia tendría que haberse disparado en todas las direcciones y expandiéndose hacia las lejanas regiones del Espacio que nacía. Sin embargo, algo la “agarró”, la tuvo que retener allí para que las galaxias se pudieran formar, ¿Qué clase de gravedad y por qué estaba generada la mantuvo allí?

¿Estaría allí presente una especie de “sustancia cósmica” o Ylem?

Claro que, el comportamiento de la materia es así por el simple hecho de que está conformada por minúsculas partículas (unas más elementales que otras) que, se rigen por el principio de la Mecánica cuántica, y, allí, amigos míos, nada de lo que ocurre está asociado a lo que nos dicta el sentido común. El micro de las partículas subatómicas es extraño y, en él se pueden dar fenómenos que no podemos llegar a comprender, o, que nos cuesta comprender. No obstante, algunos de esos fenómenos sí que han sido descubiertos por los físicos y, de esa manera, han ayudado a que conozcamos mejor el mundo en el que vivimos.

Veamos por:

                                          La NASA ha creado el Conensado de Bose-Einstein

Debido al principio de exclusión de Pauli, es imposible que dos fermiones ocupen el mismo estado cuántico (al contrario de lo que ocurre con los bosones). La condensación Bose-Einstein es de importancia fundamental explicar el fenómeno de la super-fluidez. A temperaturas muy bajas (del orden de 2×10^-7 K) se formar un condensado de Bose-Einstein, en el que varios miles de átomos forman una única entidad (un superátomo). Este efecto ha sido observado con átomos de rubidio y litio. ha habréis podido suponer, la condensación Bose-Einstein es llamada así en honor al físico Satyendra Nath Bose (1.894 – 1.974) y a Albert Einstein. Así que, el principio de exclusión de Pauli no sólo a los electrones, sino a los fermiones; no a los bosones.

Cuando una partícula cargada se mueve a velocidades relativistas e interacciona con un campo magnético emite la denominada radiación sincrotrón. La radiación sincrotrón es la que produce una partícula cargada; por ejemplo, un electrón, gira en un campo magnético. En función de la energía del electrón, los fotones emitidos pueden tener energías de radio, de rayos X o mayores.

La observación del fenómeno ha sido posible gracias al satélite Fermi, especializado en rayos gamma, que con un gran telescopio conocido como LAT (Large Area Telescope, por sus siglas en inglés). su puesta en órbita, en junio de 2008, el LAT ha monitoreado la nebulosa del Cangrejo.

Si nos fijamos en todo lo que estamos hablando aquí, es fácil comprender cómo   un magnético la partícula cargada que gira, pero ya no resulta tan fácil saber por qué ha de lo mismo un neutrón descargado. Lo cierto es que cuando un rayo de neutrones incide sobre un hierro magnetizado, no se comporta de la misma forma que lo haría si el hierro no estuviese magnetizado. El magnetismo del neutrón sigue siendo un misterio; los físicos sospechan que contiene cargas positivas y negativas equivalente a cero, aunque por alguna razón desconocida, logran crear un campo magnético cuando gira la partícula.

Particularmente creo que, si el neutrón tiene masa, si la masa es energía (E = mc²), y si la energía es electricidad y magnetismo (según Maxwell), el magnetismo del neutrón no es tan extraño, sino que es un aspecto de lo que en realidad es: ¡materia! La materia es la luz, la energía, el magnetismo, en  definitiva, la fuerza que reina en el universo y que está presente de una u otra forma en todas (aunque a veces no podamos verla).

                                    Sea fuere, la rotación del neutrón nos da la a esas preguntas

¿Qué es el antineutrón? Pues, simplemente, un neutrón cuyo movimiento rotatorio se ha invertido; su polo sur magnético, por decirlo , está arriba y no abajo. En realidad, el protón y el antiprotón, el electrón y el positrón, muestran exactamente el mismo fenómeno de los polos invertidos. Es indudable que las antipartículas pueden combinarse para formar la antimateria, de la misma que las partículas corrientes forman la materia ordinaria.

La primera demostración efectiva de antimateria se tuvo en Brookhaven en 1.965, donde fue bombardeado un de berilio con 7 protones BeV y se produjeron combinaciones de antiprotones y antineutrones, o sea, un anti-deuterón. entonces se ha producido el antihelio 3, y no cabe duda de que se podría crear otros anti-núcleos más complicados aún si se abordara el problema con más .”

¿Qué no será capaz de inventar el hombre descubrir los misterios de la naturaleza? Podemos recordar (aunque ha pasado mucho tiempo) lo que hizo Rutherford para identificar la primera partícula nuclear (la partícula Alfa). El camino ha sido largo y muy duro, con muchos intentos fallidos antes de ir consiguiendo los triunfos (los únicos que suenan), y muchos han sido los nombres que contribuyen para conseguir llegar al conocimiento del átomo y del núcleo ; los electrones circulando alrededor del núcleo, en sus diferentes niveles, con un núcleo compuesto de protones y neutrones que, a su vez, son constituidos por los quarks allí confinados por los Gluones, las partículas mediadoras de la fuerza nuclear fuerte.  , ¿Qué habrá más allá de los quarks?, ¿las supercuerdas vibrantes? Algún día se sabrá.

¡Hablamos de tantas cosas! fluctuaciones de partículas de Higgs dadoras de masa que dicen haber encontrado en el LHC

Pero, ¿existe en realidad la antimateria? ¿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 serían idénticos a los de la materia corriente. Sin embargo, se encontrasen las masas de las distintas materias, deberían ser claramente perceptibles las reacciones masivas del aniquilamiento mutuo resultante del encuentro. Así pues, los astrónomos observan especulativamente las galaxias, para tratar de alguna actividad inusual que delate interacciones materia-antimateria.

                                                              Atrapan y guardan átomos de anti-materia

38 átomos de antimateria atrapados en el Laboratorio, En el experimento Alpha desarrollado en el CERN se combinan positrones y anti-protones para producir anti-hidrógeno / NIELS MADSEN / ALPHA / SWANSEA

 

El 22 marzo de 2011 se produjo la creación de 18 núcleos de antihelio-4, lo que fue un hito en la física de alta energía. Una de las grandes cuestiones que crean problemas a los cosmólogos y físicos de partículas es la distribución de materia y antimateria en el universo. Ciertamente parece que la materia predomina en el cosmos, pero las apariencias pueden engañar. Puede que simplemente vivamos en un rincón del universo que parece estar dominado por la materia. Con logros este, algunos hablan ya de galaxias de antimateria. Lo cierto es que, hoy, encontramos que hay un poco de antimateria extra en nuestro rincón gracias al de la colaboración STAR en el RHIC del Laboratorio Nacional Brookhaven en los Estados Unidos.

En fin amigos, que como siempre estamos diciendo, nos queda mucho por saber sobre el comportamiento de la materia y, hasta donde ésta puede llegar con la evolución a la que está abocada por el transcurso del tiempo, las energías y el ritmo del Universo que, como sabemos, es un ritmo en el que el Tiempo, tiene un papel estelar.

Si tuviéramos delante de nuestros ojos átomos de materia-antimateria aumentados millones de veces, no sabríamos distinguir cuál es uno y otro, nos parecerían exactamente iguales y, sólo al juntarse y destruirse mutuamente, podríamos estar seguros de que eran dos clases de materia distintas en sus cargas e iguales, en todo lo demás.

La Materia, en cada momento, está conformada en el nivel que las muchas transiciones de fase ha producido en ella mediante los mecanismos que la Naturaleza tiene ello, y, desde luego, una porción de ella puede estar hoy formando el lecho de un rumoroso río, podría estar formando de un fértil árbol que proporciona una sabrosa fruta, o, ¿por qué no? Podría estar formando parte de un exótico agujero negro. Cualquier cosa que podamos pensar sobre la materia, en realidad es posible. Sólo se necesita tiempo para que el cambio, finalmente, se pueda producir.

Esta entrada fue publicada el domingo, 22 de agosto de 2021 a las 4:44 y está clasificada bajo: General. Puede hacer un seguimiento de los comentarios de esta entrada gracias al feed RSS 2.0. Tanto los comentarios como los trackbacks están cerrados.