La antimateria no es tan exótica como nos cuentan en la ciencia ficción. Desde que la descubrimos, primero en las ecuaciones y luego en los detectores, hace casi un siglo, hemos sabido darle usos en nuestra sociedad. Algunos tan importantes como el diagnóstico de cánceres.
José Luis Oltra
Físico y divulgador científico
La antimateria suele ir rodeada de cierto misticismo en el imaginario colectivo. Esto es muy probablemente gracias a la ciencia ficción, que la ha utilizado como un ingrediente casi mágico para sus tramas. En estas obras la antimateria aparece como una sustancia con propiedades milagrosas, capaz de alterar la misma realidad o, al menos, de aportarnos unas capacidades sin comparación. Pero la realidad es muy distinta. La antimateria es increíblemente interesante y tiene usos que no podíamos imaginar cuando la descubrimos, pero en el fondo no es más que materia normal y corriente con unas propiedades muy específicas.
Paciente entrando en un escáner PET. Foto: JohnnyGreig / Istock
Predicción y descubrimiento
La existencia de la antimateria fue predicha en 1928 por el físico británico Paul Dirac. Mientras trabajaba en la ecuación, que a día de hoy lleva su nombre, para describir el comportamiento de los electrones a velocidades cercanas a la luz, se dio cuenta de que la ecuación permitía soluciones con energías negativas. Esto es algo bastante común en física y matemáticas. Una ecuación simple como x2 = 1 permite dos soluciones, x = 1 y x = -1. Cuando las leyes físicas vienen descritas por ecuaciones de segundo grado (o superior), podemos obtener soluciones que nos dicen que el tiempo que tarda un proceso en ocurrir es negativo o que la energía final de cierto cuerpo es negativa. En la física clásica solemos ignorar estas soluciones por ser soluciones matemáticas sin fundamento físico. Pero en el terreno de la mecánica cuántica no estaba claro si podríamos ignorarlas también. En el caso de Dirac y su ecuación relativista para los electrones, estas soluciones negativas apuntaban a la existencia de una contraparte al electrón: un electrón con carga eléctrica opuesta. Esta idea era radical en su momento.
No pasó mucho tiempo hasta que se encontraron evidencias de esta extraña contraparte. En 1932, el físico estadounidense Carl Anderson detectó estas partículas, llamadas positrones, en una cámara de niebla mientras estudiaba los rayos cósmicos. Por su predicción, Paul Dirac recibió el Premio Nobel de Física de 1932 y por este descubrimiento, Carl Anderson fue galardonado con el mismo premio en 1936.
A nivel fundamental, cada partícula de materia tiene una antipartícula correspondiente. Estas antipartículas tienen la misma masa que sus contrapartes de materia, pero con todas las cargas opuestas. Por ejemplo, mientras que el electrón tiene carga negativa, el positrón (su antipartícula) tiene carga positiva. Pero el electrón tiene más “cargas”. Estas cargas son cantidades análogas a la carga eléctrica pero que juegan un papel fundamental en otra interacción o en las leyes de conservación del universo. Otra carga del electrón sería su número leptónico, que tendría el valor opuesto (-1) para el positrón. Este número leptónico identifica a los leptones como tales y se conserva en los procesos de interacción de forma que éstos deben conservar el número leptónico total entre el las partículas iniciales y las finales en dicho proceso. Los quarks, otras partículas fundamentales, tienen también carga de color, que sería equivalente a la carga eléctrica pero para la interacción fuerte. Los antiquarks por tanto presentarán valores opuestos en su carga de color. Otra propiedad importante es que si materia y antimateria entran en contacto, se aniquilan mutuamente, liberando energía en forma de radiación, de luz.
Antimateria y medicina
La medicina, en su constante búsqueda por comprender el cuerpo humano, ha encontrado aliados poderosos en la física. Son muchas las aplicaciones de principios físicos en la medicina, tanto que una especialidad de esta rama de la ciencia es precisamente la “Física Médica”. Una de las aplicaciones más fascinantes es la Tomografía por Emisión de Positrones, conocida comúnmente por su acrónimo en inglés, PET.
La PET es una técnica de imagen médica no invasiva que brinda imágenes detalladas del funcionamiento interno del cuerpo, centrándose en los procesos metabólicos. Su principio se basa en la interacción entre partículas de materia y antimateria. Cuando se inyecta en el cuerpo un radiofármaco que emite positrones éstos, al encontrarse con electrones en el cuerpo, se aniquilan mutuamente. Este proceso libera energía en forma de dos fotones gamma que viajan en direcciones opuestas, y es la detección de estos fotones lo que permite a la PET crear sus imágenes.
La preparación para un escaneo PET comienza con la inyección de un radiofármaco en el paciente. Uno de los más utilizados es la Fluorodesoxiglucosa (FDG), una molécula similar a la glucosa pero marcada con un isótopo radiactivo, el flúor-18. Cuando alcanza el torrente sanguíneo, el radiofármaco se distribuye por el cuerpo y se acumula en áreas de alta actividad metabólica. Esta característica es esencial porque las células que crecen rápidamente, como las células cancerosas, consumen más glucosa que las células normales.
El paciente, después de un breve periodo de espera para permitir la distribución del radiofármaco, se coloca en el escáner PET. Este dispositivo está diseñado para detectar y localizar los fotones gamma que se producen en el cuerpo. Con esta información, el escáner construye una imagen tridimensional de la actividad metabólica, donde las áreas de mayor actividad se destacan, ofreciendo a los médicos pistas valiosas sobre la presencia y localización de tumores.
Pero el cáncer no es la única enfermedad que puede ser evaluada con esta técnica. La PET también se usa para estudiar el funcionamiento del corazón, identificar áreas del cerebro afectadas por enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer y planificar tratamientos, como la radioterapia. Además, monitoriza cómo los tumores responden al tratamiento, permitiendo ajustes en tiempo real a los regímenes terapéuticos. Este es solo uno de los usos que tiene la antimateria actualmente en nuestra sociedad, usos que sin duda se ampliarán en el futuro.
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Referencias:
Ramsey Badawi, 1999, Introduction to PET Physics, Division of Nuclear Medicine, University of Washington
BORRAJO-SANCHEZ, J. y CABRERO-FRAILE, F. J.. Tomografía por emisión de positrones (PET): fundamentos y limitaciones tecnológicas. Arch Soc Esp Oftalmol [en línea]. 2010, vol. 85, n.º 4, pp. 129-130
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Fuente:
