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(REPORTAJE) LA ANTIMATERIA: EL REVERSO OCULTO DE TODO LO QUE NOS RODEA

MADRID|
A cada una de las partículas elementales que conforman la materia le corresponde una antipartícula de signo eléctrico contrario. Es la antimateria, una especie de mundo a la inversa, algo así como si el universo tuviera un espejo. La antimateria es uno de los campos que más interrogantes plantea hoy día a los físicos y, aunque muchas de las cosas que se dicen de ella sean pura ciencia ficción, lo cierto es que tiene algunas aplicaciones prácticas, como el diagnóstico del cáncer.Las cosas que nos rodean y podemos ver, el suelo que pisamos, los árboles, los edificios, los coches, los planetas, las estrellas, las galaxias... todo ello conforma la materia. Nosotros mismos somos materia: estamos compuestos por átomos que a su vez están formados por partículas subatómicas. En los años 30 del pasado siglo, los científicos se dieron cuenta de que por cada partícula hay una hermana gemela, una antipartícula con carga eléctrica contraria. Así, por ejemplo, la partícula gemela del electrón –que tiene carga negativa– es el positrón –que tiene carga positiva–. Estas antipartículas “constituyen un plano de lo material que es como el espejo de todo lo que nos rodea”, explica Pablo San-José, investigador del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC).Gustavo García, investigador científico en el Instituto de Física Fundamental del CSIC, lo corrobora: “Hoy en día se han descubierto las antipartículas de todas las partículas elementales conocidas, es decir, que han sido observadas experimentalmente, aunque algunas de estas partículas coinciden con su antipartícula (como el fotón y otras partículas elementales sujetas a la estadística de Bose-Einstein)”.Pero si bien las partículas están en todas partes, las antipartículas son una rareza casi imposible de encontrar. San-José explica el porqué: “Solo hay unas pocas antipartículas a nuestro alrededor porque al chocar un antifermión con un fermión, se aniquilan y desaparecen en una pequeña explosión de luz. Este es el evento más energético que puede experimentar la materia ordinaria”.En teoría, en el origen del universo, el Big Bang debió de producir la misma cantidad de materia que de antimateria y la lógica lleva a pensar que ambas se tenían que haber aniquilado mutuamente en el primer instante, dejando solo una huella de energía. Pero, por alguna razón que se desconoce, la materia ganó la partida a la antimateria y, gracias a ello, hoy en día existen las galaxias, las estrellas, los planetas, todas las cosas que nos rodean y nosotros mismos. ASIMETRÍA MISTERIOSA¿Por qué en nuestro mundo prevaleció la materia frente a la antimateria? García responde a esta pregunta clave: “Esta es una cuestión que a día de hoy no está resuelta. Las primeras explicaciones apuntarían a una pequeña asimetría a nivel bariónico, es decir, un comportamiento anómalo del antiprotón con respecto al protón. Esta posible asimetría no aparece reflejada en los modelos actuales del universo ni en la teoría de la relatividad general. Tampoco se ha detectado dicha anomalía en experimentos con antiprotones realizados en los grandes aceleradores de partículas, por lo que no deja de ser una hipótesis”.En la actualidad, existen experimentos dedicados a la búsqueda de esta asimetría materia-antimateria, como el Belle-II, en Japón, o el LHCb, en el Gran Colisionador de Hadrones (CERN). Servimedia ha tenido acceso a una de las investigadoras que participa en este segundo experimento. Se trata de Arantza Oyanguren, investigadora principal del grupo del Instituto de Física Corpuscular (IFIC, CSIC-UV) en el mencionado LHCb. Oyanguren es clara al respecto: “Por lo que hemos aprendido en la experiencia con los aceleradores de partículas sobre la formación de materia y antimateria, no se puede explicar esa asimetría. No se explica con los conocimientos que tenemos ahora. Uno de los objetivos que tiene nuestro experimento en el LHCb es intentar entenderla”.Esta investigadora nos habla del experimento LHCb en el que participa el grupo del IFIC, enfocado en conocer más a fondo la antimateria: “Está diseñado para estudiar un tipo de partículas compuestas por el quark más pesado, se llama quark bello o quark b. Este tipo de partículas tiene una propiedad muy importante: que mutan de partícula a antipartícula, es decir, pasan de materia a antimateria. Y entonces podemos estudiar cómo se desintegran, cómo se crean... y, a partir de ahí, intentar entender el origen de la materia y de la antimateria en el universo. Pero todavía no se puede explicar”. Otra de las suposiciones, “preferidas de la literatura de ciencia ficción” (en palabras de García), apunta a que durante la expansión del universo hubo una ligera separación entre la materia y la antimateria que, después de múltiples aniquilaciones, condujo a una región del espacio dominada por la materia (nuestro mundo) y otra por la antimateria (el antimundo).La investigadora del Instituto de Física Corpuscular se muestra escéptica con esa hipótesis: “No hay ninguna evidencia observacional de que exista una región donde se acumula la antimateria. Si existiera una región como esa, tendría que haber una frontera entre materia y antimateria, y esto implicaría la producción de una inmensa radiación gamma que sería detectable desde la Tierra”.No obstante, en el último decenio se han lanzado al espacio experimentos para buscar acumulaciones de antimateria. Es el caso del satélite Pamela, lanzado en 2006, o el experimento AMS-02, que lleva más de cinco años instalado en la Estación Espacial Internacional. Ambos buscan trazas de antimateria en los rayos cósmicos, la radiación que llega desde fuera del Sistema Solar. EL PODER DE LA ANTIMATERIALa total eficiencia de una explosión de antimateria, en la que toda la materia se convertiría al instante en energía, ha disparado la imaginación de no pocos escritores y guionistas de ciencia ficción que pueden justificar una bomba capaz de hacer saltar por los aires todo el Vaticano (como es el caso de Dan Brown en su novela 'Ángeles y demonios') o un combustible que permita viajes interestelares (como, por ejemplo, la nave Enterprise de 'Star Trek'). Ahí están los cálculos de Gerald Smith, de la Universidad del Estado de Pensilvania, que estima que la energía de un cohete de antimateria sería 1.000 millones de veces mayor que la de los propulsores actuales, con lo cual podría llevar una nave a Marte en apenas unas pocas semanas. Hoy por hoy, la realidad es mucho más prosaica, porque la cantidad de antimateria que se puede obtener de rayos cósmicos o desintegraciones nucleares, o bien la que se puede fabricar en aceleradores de partículas, es tan sumamente pequeña que está muy lejos de constituir una amenaza o un combustible revolucionario. Lo señala Oyanguren: “Es prácticamente imposible producir antimateria y almacenarla en una cantidad que pueda liberar una energía macroscópica. No se puede almacenar porque la materia y la antimateria se aniquilan. Y la antimateria neutra, que son los antiátomos, no se puede almacenar utilizando campos magnéticos y eléctricos, justo porque son neutros”.Existen partículas que contienen en sí mismas sus propias antipartículas. Son los llamados fermiones de Majorana (en honor del físico italiano Ettore Majorana, que los predijo en los años 30). San-José, del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, nos explica que los fermiones de Majorana que se han encontrado en los superconductores topológicos tienen unas propiedades que los harían propicios para almacenar información durante mucho tiempo, sin que se degrade por las perturbaciones de su entorno. “Pero la información que pueden almacenar estas partículas no es información convencional, es información cuántica”, indica San-José, que ahonda en la idea de que los ordenadores cuánticos “podrían revolucionar nuestra capacidad de cálculo de manera casi inimaginable: serían potencialmente capaces de simular reacciones químicas complejas, diseñar nuevos fármacos, resolver problemas matemáticos y muchas otras tareas de computación que, en un ordenador convencional, llevarían miles de millones de años de cálculo. Esta es la principal aplicación potencial de las majoranas. Estamos muy lejos todavía de realizarla, y mucho más de comprender todas sus implicaciones, pero al menos ya se entiende que en principio es posible. ¡Y eso es más de la mitad de la batalla!”Sin embargo, la antimateria se aplica ya con gran éxito es en el campo de la medicina. La tomografía por emisión de positrones (PET) es actualmente un instrumento que, combinado con el TAC, es de capital importancia en el diagnóstico del cáncer. Oyanguren resume así el funcionamiento de esta técnica: “Hay isótopos radiactivos que emiten positrones. Si introducimos esos isótopos en el cuerpo en forma de moléculas que se puedan metabolizar, como, por ejemplo, la glucosa, se acumulan en las zonas donde hay células cancerosas por el hecho de que estas presentan un mayor índice de actividad metabólica. Esos isótopos radiactivos emiten positrones, y somos capaces de detectar esa radiación a través de su aniquilación con los electrones de nuestros átomos, y, con un detector, podemos registrar los rayos gamma que emiten. Así es posible localizar el tumor y tratarlo”. Y esto no es ciencia ficción.