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Fábrica de Antimateria: la sustancia más cara del mundo

Gerardo Herrera Corral 03 / Dec / 18
Conocida también como el reverso de la materia o la imagen especular de la realidad, es objeto de muchos interrogantes. Ahora se produce en cantidades muy pequeñas y a un precio exorbitante

Cuando uno camina por las calles del laboratorio más grande del mundo, puede acabar de pronto ante un gran letrero azul que anuncia: Antimatter Factory. El Centro Europeo de Investigación Nucleares (CERN: por sus siglas en inglés) se encuentra a seis kilómetros de Ginebra, Suiza y es el único lugar del mundo donde se tiene una fábrica de antimateria que produce antiátomos. Aunque este gran espacio de investigación donde conviven miles de científicos de todo el mundo es más conocido por el proyecto Gran Colisionador de Hadrones, —donde se descubrió al bosón de Higgs y se ha investigado el origen del Universo—, cuenta además con un complejo de laboratorios donde se llevan a cabo varios experimentos y desarrollos tecnológicos.
 
En la fábrica de antimateria se producen antihidrógenos a partir de antiprotones y antielectrones. Estos son los primeros agregados de antimateria atómica que permiten, de manera controlada, estudiar el comportamiento de esta sombra de la materia.
 
Un antiátomo de hidrógeno es el equivalente en antimateria del arreglo más sencillo y familiar a nosotros llamado hidrógeno. El átomo lleva un protón en el núcleo y un electrón girando en su derredor, el antiátomo correspondiente lleva un antiprotón y un antielectrón que lo acompaña con el mismo acomodo.
 
Con los estudios de la antimateria que se realizan allí uno intenta imaginar cómo sería un mundo formado por esta sustancia. ¿Cae la antimateria, o sube en la presencia del campo gravitacional? ¿se trasmite el sonido a través de ella como lo hace en la materia? ¿Qué extrañas propiedades puede tener?
 
La generación de antimateria descompuesta en antipartículas de todo tipo es común en los aceleradores del mundo que estudian el comportamiento microscópico de la naturaleza.  El Gran Colisionador de Hadrones produce antimateria en los choques de protones contra protones, así como iones de plomo. La antimateria como partículas aisladas: antiprotones, antielectrones, antimuones ...  no es nuevo. No obstante, los experimentos dedicados a la antimateria en el CERN están enfocados en la construcción de antiátomos. Más aún, se los quiere producir eficientemente y conservarlos por tiempos largos.
 

En la fábrica de antimateria se producen antihidrógenos a partir de antiprotones y antielectrones. Estos son los primeros agregados de antimateria atómica que permiten, de manera controlada, estudiar el comportamiento de esta sombra de la materia.
Foto: CERN

Ahora, el CERN busca no solo fabricar antiátomos, además quiere encontrar la manera de acumular antiprotones —estos sí aislados, sin ser parte de un sistema atómico— para luego transportarlos en valija.     
 
Aunque la antimateria se desvanece casi instantáneamente al encontrarse con la materia, se ha logrado conservar un poco de la sustancia en una botella. Se debe evitar que la sustancia toque las paredes porque al hacerlo se aniquila produciendo luz. Es por eso que se utilizan campos eléctricos y magnéticos que la mantiene suspendida.
 
Este año se dio inicio a un proyecto de desarrollo tecnológico con el que se busca construir una trampa portable con la que se puedan capturar mil millones de antiprotones y guardarlos por varias semanas. Para esto se necesita contar con un recipiente a -270 grados centígrados y un alto vacío.  Se quiere llevar estos antiprotones en flete varios metros para ser usados en investigaciones científicas en un laboratorio aledaño.
 
Se espera que para el año 2022 se consigan las primeras mediciones de los experimentos que harán uso de la “antimateria para llevar”.
 
En su novela: Ángeles y Demonios, Dan Brown hecha a volar la imaginación en torno a este tema. Su relato publicado en el año 2000 acabaría en la pantalla grande con una adaptación dirigida por Ron Howard, quien ya antes había mostrado interés por los temas científicos con las películas Apolo 13, y, Una mente brillante.
 
En la dramatización cinematográfica que, por cierto, recabó casi cuatro veces lo que se invirtió en rodarla, el CERN inicia la operación del Gran Colisionador de Hadrones y produce tres botellas de antimateria, mucho más grandes que los que ya había producido con anterioridad. Uno de ellos es robado de los sótanos del laboratorio europeo por una antigua secta secreta llamada Iluminati, que pretende destruir el Vaticano con la antimateria contenida en él.
 
En el recipiente robado, la antimateria se mantiene aislada de las paredes de materia con campos electromagnéticos, que son generados por una batería que comienza a descargarse desde el momento en que fue desconectada de su fuente de alimentación. Cuando la batería se agote no proporcionará más la energía suficiente para mantener aislada a la antimateria, entonces ésta se precipitará a las paredes de la botella generando una explosión gigantesca.
 
Para producir una “bomba de antimateria” con la capacidad explosiva de una “bomba atómica” pequeña, se requeriría de un gramo de esta sustancia. Sin embargo, con lo que se produce ahora se podría juntar un nano-gramo por año. Esto incluye la antimateria que se produce en todos los aceleradores del mundo y no solo la que se fábrica en CERN en forma de antiátomos. Aunque, como hemos visto, almacenarla y mantenerla aislada por mucho tiempo aún no es posible, si lo fuera, esto significaría que para tener la cantidad necesaria para producir la bomba se necesitarían mil millones de años.
 
Es cierto que el poder destructivo de una bomba de antimateria sería mayor si usamos cantidades iguales de material explosivo, pero esto solo ocurrirá cuando la aniquilación se produzca de manera súbita en su totalidad. Si la desintegración entre los átomos y antiátomos, o entre los protones y antiprotones se da en un tiempo largo, en reacciones individuales, la activación del conjunto no tendrá la violencia de una detonación.
 
Más allá de la imposibilidad de tenerla, la antimateria es hoy, la sustancia más cara del mundo. Unos mil millonésimos de gramo de antimateria en la forma de anti-hidrógenos costarían algunos cientos de millones de dólares.
 

Autor: Gerardo Herrera Corral
Es profesor titular del Departamento de Física del Centro de Investigación y De Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional (CINVESTAV). Es líder del trabajo de los científicos mexicanos en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del Centro Europeo de Investigaciones Nucleares (CERN). Es autor de los libros "El Universo, la historia más grande jamás contada" y "El azaroso arte del engaño", entre otros.