Acelerador de antiprotones del CERN

Para hablar de antimateria lo tenemos que hacerlo de antipartículas, es decir, partículas subatómicas que tienen la misma masa que otra partícula y valores iguales pero 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 relación con sus espines.

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 antihidrógeno consiste en un antiprotón con un antielectrón (positrón) orbitando. El antihidrógeno ha sido creado artificialmente en el laboratorio. El espectro del antihidrógeno no debería ser idéntico al del hidrógeno. Parece que el Universo está formado mayoritariamente por materia (ordinaria) y la explicación de la usencia 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 antihidrógeno a quedarse, lo que potencialmente nos ofrecen una mejor visión de cómo se comporta la antimateria. Primeramente, los investigadores informaron el año pasado de la captura de anti-hidrógeno, el átomo de antimateria más simple. Pero su acptura en ese momento se limitaba a menos de dos décimas de segundo. Ese intervalo se ha ampliado en más de 5.000 veces. En un estudio publicado on-line el 5 de junio en Nature Physics por este grupo de investigadores (ALFA) se informa de este mismo logro pero por un tiempo de 16 minutos y 40 segundos.

Las partículas subatómicas de materia, protones, neutrones y electrones tienen particulas homólogas de antimateria. Cuando la materia y la antimateria se juntan se aniquilan en una explosión de energía. Así como el átomo de hidrógeno se compone de un solo protón unido a un electrón, un átomo de antihidrógeno 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, desde luego, habrá clases de materia que ni podemos suponer, como por ejemplo, ¿qué clase de materia será, la que se crea cuando al morir una estrella masiva se forma un agujero negro que, por medio de la Gravedad, comprime  la materia común hasta límites tan desconocidos que desaparece de este 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, para tapar huecos que para nosotros no tienen explicación, hablamos de cosas extrañas como la “materia oscura” que, finalmente, podría estar representada por una clase de Ylem (la sustancia cósmica de los griegos clásicos), algo que no sabemos lo que es ni de qué puede 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 si las galaxias se alejan o es el espacio el que se expande

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 espacio 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 vivímos.

Veamos por ejemplo:

                                                                                          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 para explicar el fenómeno de la superfluidez. A temperaturas muy bajas (del orden de 2×10^-7 K) se puede 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. Como 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 tiene aplicación no sólo a los electrones, sino también a los fermiones; pero no a los bosones.

La radiación sincrotrón es la que produce una partícula cargada; por ejemplo, un electrón, cuando 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 de este fenómeno ha sido posible gracias al satélite Fermi, especializado en rayos gamma, que cuenta con un gran telescopio conocido como LAT (Large Area Telescope, por sus siglas en inglés). Desde 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 forma  un campo magnético la partícula cargada que gira, pero ya no resulta tan fácil saber por qué ha de hacer 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 partes (aunque a veces no podamos verla).

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

¿Qué es el antineutrón? Pues, simplemente, un neutrón cuyo movimiento rotatorio se ha invertido; su polo sur magnético, por decirlo así, 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 forma 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 blanco de berilio con 7 protones BeV y se produjeron combinaciones de antiprotones y antineutrones, o sea, un antideuterón. Desde entonces se ha producido el antihelio 3, y no cabe duda de que se podría crear otros antinúcleos más complicados aún si se abordara el problema con más interés.”

¿Qué no será capaz de inventar el hombre para 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 actual; 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 fluones, las partículas mediadoras de la fuerza nuclear fuerte.  Pero, ¿qué habrá más allá de los quarks?, ¿las supercuerdas vibrantes? Algún día se sabrá.

     ¡Hablamos de tántas cosas! desde fluctuaciones de vacío hasta partículas de Higgs dadoras de masa

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, cuando 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 encontrar alguna actividad inusual que delate interacciones materia-antimateria.

El 22 marzo 2011 se produjo la creación de 18 núcleos de antihelio-4 es 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 como 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 trabajo 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.

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 para ello, y, desde luego, una porción de ella puede estar hoy formando el lecho de un rumoroso río, y, “mañana”, podría estar formando parte 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.

¿Qué seremos nosotros dentro de 10 millones de Años? ¿Estaremos aquí? ¿En qué forma? ¿Qué cambios se habrán producido en nosotros? Y, si hemos conseguido vencer ese período de tiempo, lo que de verdad espero es que la Humanidad o lo que pueda ser en lo que se convierta la actual, si tiene consciencia de SER, que al menos, con los cambios y mutaciones, no pierda ese bien tan preciado que llamamos  SENTIMIENTOS aunque, para entonces, estén hechos de antimateria.

emilio silvera

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La desconcertante prevalencia de la materia sobre la antimateria en el universo podría estar relacionado con un extraño estiramiento del espacio-tiempo causado por el giro de nuestra galaxia, según un nuevo estudio.

La antimateria es el extraño primo de la materia que compone las galaxias, las estrellas y hasta nosotros. Por cada partícula de materia se cree que existe su pareja de antimateria, con la misma masa, pero de carga opuesta. Cuando la materia y la antimateria se encuentran, se aniquilan, y de la conversión de su masa en energía resulta una poderosa explosión.

Aunque hoy en día, los científicos siguen sin entender por qué en el universo predomina, casi completamente la materia.

Según todos los estudios de experimentos y observaciones que han sido llevados a la práctica por Equipos de estudiosos en todo el Mundo, parece ser que, los motivos por los que no se han encontrado grandes estructuras de antimateria en nuestro Universo, y, el hecho de que la Materia supere a la antimateria, es denominado como “Bariogénesis”, es decir, la Materia Bariónica que es la que observamos y emite radiación (Planetas, estrellas, galaxias, etc.) es la que, finalmente, ha quedado predominando en este Universo nuestro (dejando a un lado esa otra clase de materia que llamamos Oscura y que, de ser cierto que existe, debió crearse antes que la Bariónica, sería la primera clase de materia que hizo acto de presencia en el Universo y, la Fuerza de Gravedad que generaba, hizo posible que, a pesar de la expansión de Hubble, se formaran las estrellas y las galaxias.

¿Por qué en el comienzo del Universo podría la materia Bariónica superar a la antimateria?

–Pequeño exceso de materia tras el Bib Bang: Especula con que la materia que forma actualmente el universo podría ser el resultado de una ligera asimetría en las proporciones iniciales de ambas.

–Asimetría CP. Un reciente experimento en el acelerador KEK de Japón sugiere que esto quizás sea cierto, y que por tanto no es necesario un exceso de materia en el Big Bang: simplemente las leyes físicas que rigen el universo favorecen la supervivencia de la materia frente a la antimateria.

–Existencia de galaxias de antimateria ligada por antigravedad: Muy pocos científicos confían en esta posibilidad, pero todavía no ha podido ser completamente descartada. Esta tercera opción plantea la hipótesis de que pueda haber regiones del universo compuestas de antimateria. Hasta la fecha no existe forma de distinguir entre materia y antimateria a largas distancias, pues su comportamiento y propiedades son indistinguibles. (Esta opción parece poco probable).

La ecuación de Dirac, formulada en en 1928, predijo la existencia de antipartículas además de las partículas de materia ordinarias. Desde entonces, se han ido detectando experimentalmente muchas de dichas antipartículas: Carl D. Anderson, en el Caltech, descubrió el positrón en 1932. Veintitrés años después, en 1955, Emilio Sègre y Owen Chamberlain,  en la universidad de Berkeley, el antiprotón y antineutrón.

Pero la primera vez que se pudo hablar propiamente de antimateria, es decir, de “materia” compuesta por antipartículas, fue en 1965, cuando dos equipos consiguieron crear un antideuterón, una antipartícula compuesta por un antiprotóny un antineutrón. La antipartícula fue lograda en el Acelerador Protón Sincrotrón del CERN, a cargo de Antonio Zichichi,  y paralelamente por Leon Lederman en el acelerador AGS (Alternating Gradient Synchrotron) del Laboratorio Nacional de Brookhaven, en Nueva York.

En 1995, el CERN anunció la creación de nueve átomos de antihidrógeno en el experimento PS210, liderado por Walter Oelert y Mario Macri, y el Fermilab confirmó el hecho, anunciando poco después la creación a su vez de 100 átomos de antihidrógeno.

El 14 de Diciembre de 2.009, científicos de la NASA con la ayuda del telescopio espacial de rayos gamma Fermi, descubrieron rayos de antimateria producidos encima de tormentas eléctricas. El fenómeno es causado por ráfagas de rayos gamma terrestres (TGF) generadas al interior de las tormentas eléctricas y asociados directamente con los relámpagos.

La antimateria es un término que se ha hecho muy común y familiar en los últimos años, y, han sido muchos los que han tratado de buscarla en los confines del Universo. No parece que el resultado obtenido sea muy alentador.

Se ha logrado capturar partículas de antimateria en los Aceleradores de partículas y, con ellas, se han realizado pruebas que han venido a confirmar que, cuanto la Materia se encuentra con la antimateria, la destrucción está asegurada. El resultado de dicha colisión podrían ser muchas de las grandes fuentes de energía Gamma que se han detectado en algunas regiones del Universo.

He aquí la primera imagen jamás obtenida de antimateria, específicamente un “anti-átomo” de anti-hidrógeno. Este experimento se realizó en el Aparato ALPHA de CERN, en donde los anti-átomos fueron retenidos por un récord de 170 milisegundos (se atraparon el 0.005% de los anti-átomos generados).

Producir antipartículas es relativamente “fácil”. De hecho ocurre habitualmente en la naturaleza, en un tipo de desintegración radioactiva denominada “desintegración beta”. También se producen con los rayos cósmicos, que son partículas de altas energías que llegan a la atmósfera y al interaccionar con ella se producen cascadas de partículas.

Pero producir antiátomos es mucho muy difícil, y almacenarlos todavía más. Generar estructuras más complejas, como una mesa de antimateria, actualmente es imposible y de momento no conocemos ninguna forma para poderlo hacer en el futuro.

A finales de 2009 años fuimos testigos de la explosión más grande jamás registrada: una estrella supergigante en el límite posible de la masa permitida, muchas veces más grande que el Sol completamente destruida por reacciones termonucleares increiblemente veloces provocada por la producción de antimateria de rayos gamma. La explosión resultante fue visible durante meses, ya que desató una nube de material radiactivo más de cincuenta veces el tamaño de nuestra propia estrella, dándole un resplandor visible a partir de la fisión nuclear y a pesar de la distancia a la que se hallaba situada la galaxia portadora de la estrella.

Desde nuestra madre Tierra, el cielo nocturno puede parecer tranquilo e inmutable, pero el universo visto en rayos gamma es un lugar de violencia repentina y caótica. Utilizando telescopios sensibles a los rayos gamma, los astrónomos son testigo de explosiones breves pero tremendamente intensas, llamadas explosiones de rayos gamma. No existe nada más potente. Cuando se produce encuentros entre Marteria y Anti-materia, aparecen las fuentes de energías más potentes conocidas en el Universo.

Si cuando se produjo el Big Bang, la creación de materia y antimateria hubiera sido simétrico, ahora, la materia bariónica que forman los objetos que podemos contemplar, no existiría y se habría destruido mediante la interacción de ambos tipos de materia. Sin embargo, al parecer, en el reparto que hizo la Naturaleza, la mayor parte le tocó a la Materia y, de ahí que, cuando se destruyó toda la materia y antimateria que suponía la misma proporción, quedó el exceso existente de Materia que es, precisamente, la que forma las estrellas y los mundos.

En Ciencia Kanija se publicó un trabajo sobre el tema: El experimento T2K – ¿Dónde está la antimateria?

Nunca, por uno u otro Organismo, se ha dejado de buscar la antimateria en el Universo, y, los escasos resultados obtenidos hasta el momento son, hasta cierto punto comprensibles, toda vez que, si como se cree, la mayor parte fue eliminada al encontrarse con la materia, los residuos que puedan estar ahí, teniendo en cuenta las dimensiones del Universo, no serán fáciles de encontrar.

“El Premio Nobel de Física en 1976 Samuel Ting ha expresado su esperanza de que el experimento que lleva a cabo el laboratorio europeo de partículas Cern y su proyecto de enviar un gran imán al espacio permitan descubrir donde se esconde la antimateria en el universo. El gran colisionador de hadrones (LHC, de sus siglas en inglés) del Cern logró en los últimos días reproducir en laboratorio un mini Big-Bang similar al que podría haber dado origen al Universo hace unos 15.000 millones de años, a base de iones de plomo, lo que ha generado una especie de sopa o plasma de quarks y gluones que ahora los científicos tratan de analizar. Ting, que colabora con el Cern, lidera por su parte una iniciativa para colocar en órbita el espectómetro magnético Alfa (AMS, de sus siglas en inglés), un gran imán que prevé ser lanzado el próximo 27 de febrero desde la base de Cabo Cañaberal, en Florida (EEUU), para situarlo en órbita espacial con el objetivo de detectar la presencia de antimateria en otras galaxias. “Encontrar antimateria sería muy importante porque permitiría destruir muchas de las teorías actuales”, dijo el investigador estadounidense, que ha sido invitado por el programa ConCiencia de la Universidad de Santiago de Compostela (USC) a una serie de conferencia y actos de divulgación científica. En una conferencia de prensa, Ting aseguró que “el tiempo no es importante” para descubrir dónde se encuentra la antimateria producto de la explosión al origen del Universo, aunque precisó que el AMS estará “durante 20 años” analizando su presencia entre las cien millones de galaxias que calcula que lo integran.”

Bueno, de todas las maneras, esperemos que, si algún día encontramos abundancia de antimateria en el Universo, no sea utilizada para prácticas militares. Por otra parte, como la antimateria es exactamente igual que la materia a excepción de las cargas que son opuestas (electrón-positrón), esperemos que no existan mundos de antimateria con seres que lo pueblen, ya que, si alguna vez nos encontramos con alguno, lo mejor será no saludarlo con un apretón de manos.

30 noviembre 2010. Físicos de Estados Unidos y Canadá, han propuesto una nueva partícula que podría resolver dos importantes misterios de la física moderna: ¿Qué es la materia oscura y por qué hay mucha más materia que antimateria en el universo?

La aún por descubrir “partícula X”, se espera que decaiga mayormente en materia normal, mientras que su antipartícula se espera que decaiga mayormente en antimateria “oculta”. El equipo afirma que su existencia en los inicios del universo podría explicar por qué hay más materia que antimateria en el universo – y que la materia oscura es, de hecho, antimateria oculta.

Como podreis ver, por teorizar, especular, lanzar hipótesis y exponer cuestiones imaginativas…Que no quede. Todos tenemos nuestras propias ideas y, desde luego, no siempre van encaminadas en la dirección correcta. ¿Partícula X? ¿Qué está pasando? ¿De qué estamos hablando?

Lo cierto es que  el Universo sabe muy bien como tenernos entretenidos.

emilio silvera

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