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La antimateria ya se utiliza para el diagnóstico de cáncer y otras enfermedades, pero en el futuro podría servir como un arma todavía más potente que las bombas atómicas o como un combustible inimaginablemente eficiente para los cohetes interestelares.
José Luis Oltra
Físico y divulgador científico
Creado:12.03.2024 | 19:30
Imagina un universo espejo, donde cada tipo de partícula que conocemos tiene una contraparte idéntica, pero con carga opuesta. Ese es el reino de la antimateria, descubierto de forma teórica por Paul Dirac en 1928. Este nuevo tipo de materia aparecía como una solución matemática a la nueva ecuación que Dirac había ideado para aunar la mecánica cuántica con la relatividad especial de Einstein. Pero el salto de las ecuaciones a la vida real no se haría esperar y la primera partícula de antimateria fue observada por primera vez en 1932. Desde entonces la antimateria ha fascinado tanto a científicos como a autores de ciencia ficción y al público general, aunque por diferentes motivos.
Pero, ¿qué es exactamente? La antimateria no tiene propiedades extrañas, como suele pensarse en el imaginario colectivo. Consiste tan solo en materia para la que las cargas fundamentales, como la carga eléctrica, la carga de color, los números bariónico y leptónico y otras, son opuestas. Simplificando, si el hidrógeno tiene un protón con carga positiva, su versión de antimateria, el antihidrógeno, tendría un antiprotón con carga negativa, orbitado por un positrón (la antipartícula del electrón) de carga positiva. Cuando materia y antimateria se encuentran, se aniquilan mutuamente, emitiendo normalmente fotones de muy alta energía, es decir, luz.
Concepto artístico de un futuro cohete con motor de antimateria. Créditos: NASA/MSFC/Oleh325
El ser humano tiene una curiosidad innata por encontrar aplicaciones prácticas a los descubrimientos científicos. La antimateria, aunque pueda parecer de otro mundo, no es la excepción. En la búsqueda de aplicaciones prácticas, los científicos han encontrado formas de utilizar la antimateria en campos tan diversos como la investigación espacial y la medicina.
Uno de los usos más sorprendentes de la antimateria se encuentra en el campo de la medicina diagnóstica, especialmente en la lucha contra el cáncer. Los escáneres PET (Tomografía por Emisión de Positrones, por sus siglas en inglés) utilizan pequeñas cantidades de antimateria en forma de positrones. Estos positrones se emiten dentro del cuerpo humano mediante radiofármacos y, al encontrarse con electrones en los tejidos, se produce una aniquilación que libera energía detectable. Esta energía se utiliza para crear imágenes detalladas del interior del cuerpo, permitiendo a los médicos detectar tumores con una precisión asombrosa.
Los escáneres PET son útiles para detectar tumores. Foto: Istock
Uno de los usos más populares de la antimateria en la ciencia ficción es como combustible de sondas interplanetarias o, incluso, interestelares. Pero esto podría, en un futuro lejano, dejar de ser ficción y pasar a ser ciencia. En un motor de antimateria, la energía se produciría mediante el proceso de aniquilación entre la materia y la antimateria que hemos descrito más arriba. La energía liberada de esta forma generaría un empuje varios órdenes de magnitud mayor al de los combustibles convencionales. Para una misma cantidad de combustible, pongamos un kilo o mil, este tipo de motores podrían llegar a generar miles de millones de veces más energía que los motores de combustibles químicos y cientos o miles de veces mayores que aquellos basados en procesos nucleares, como la fisión o fusión nuclear.
Haciendo reaccionar un kilogramo de antimateria con la misma cantidad de materia, conseguiríamos generar unos 180 petajoules de energía, equivalente a unos 43 megatones de TNT. Para conseguir una energía similar con procesos nucleares necesitaríamos varias toneladas de material. Sin embargo, el principal problema, al menos a día de hoy, estaría precisamente en conseguir ese kilo de antimateria. En este aspecto, el problema está en su producción y almacenamiento. Crear antimateria en cantidades suficientes para propulsar una nave es un proceso intensivo en energía y extremadamente costoso. Además, almacenar antimateria de forma segura es complicado, ya que debe mantenerse aislada de cualquier material ordinario para evitar la aniquilación prematura.
Ejemplo de representación de la antimateria. Foto: Istock
Otro desafío es la naturaleza misma de los productos de la aniquilación. Las reacciones electrón-positrón generan fotones gamma, difíciles de dirigir para el empuje. En las reacciones protón-antiprotón, la energía se convierte en gran parte en piones neutros y cargados. Los piones neutros se desintegran casi inmediatamente en fotones de alta energía, mientras que los piones cargados, que se descomponen más lentamente, podrían ser desviados magnéticamente para producir empuje. Sin embargo, la energía finalmente se reparte entre neutrinos (aproximadamente 74% de la energía total de los piones cargados) y muones inestables, y luego en una combinación de electrones, positrones y más neutrinos, lo que significa que una porción significativa de la energía no se aprovecharía para el empuje.
A pesar de estos desafíos técnicos, la promesa de la antimateria como combustible para la exploración espacial sigue siendo un objetivo fascinante. Resolver estos problemas no solo ampliará nuestros horizontes en la exploración del espacio, sino que también impulsará el desarrollo de nuevas tecnologías y conocimientos científicos. Mientras trabajamos en estas soluciones, la antimateria se mantiene como un faro de posibilidad, iluminando el camino hacia un futuro donde las distancias astronómicas podrían acortarse significativamente.
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Referencias:
Griffiths, D.J. (2008). Introduction to Elementary Particles (2nd ed.). John Wiley & Sons. p. 61. ISBN 978-3-527-40601-2.
Holmlid, Leif; Zeiner-Gundersen, Sindre (1 October 2020). "Future interstellar rockets may use laser-induced annihilation reactions for relativistic drive". Acta Astronautica. 175: 32–36. doi:10.1016/j.actaastro.2020.05.034
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Fuente:
