Ninguna ley de la física cierra la posibilidad de que existan vastas regiones en el universo compuestos completamente de antimateria, que podrían formar antiestrellas, antigalaxias, antiplanetas y, porque no, antivida.

Cuando se habla de antimateria, a muchos les sonará a ciencia ficción, a algo que solamente existe en las películas y en las novelas, tal como el Best-Seller de Dan Brown "Angeles y Demonios". Sin embargo, la antimateria es algo real y, por si fuera poco, la usamos día a día sin que nos demos cuenta de ello.

Para los que leyeron la novela o vieron la película basada en la novela de Brown, recordarán que todo empieza con el robo de un contenedor con un cuarto de gramo (0.25gr) de antimateria de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN). Según la historia, si la batería del contenedor se acababa, ya no habría energía suficiente como para generar el campo magnético que mantenía alejada la antimateria de la materia, provocando una gran explosión.

Bueno, por ser una novela de ciencia ficción se le perdonan algunas de sus falacias. Sin embargo, lo cierto es que cuando la antimateria se pone en contacto con la materia, se aniquilan mutuamente, generando una explosión y la liberación de rayos gama.

Para empezar, ¿qué es la antimateria?. Según la estructura matemática de la teoría cuántica, todas las partículas deben tener su antipartícula de la misma masa pero de carga eléctrica opuesta. Al formarse el universo hace unos 14 mil millones de años, se formó tanto materia como antimateria, pero la materia fue la que finalmente prevaleció ya que se cree que su cantidad fue ligeramente superior, evitando que se aniquile toda. Sin embargo, muchos científicos creen que hay vastas regiones en el universo compuestos netamente de antimateria, aunque, por ahora, no se tiene una explicación concluyente de por qué en nuestro universo parece ser preponderante la existencia de materia.

Entonces, la única diferencia entre la materia y la antimateria es la oposición de sus cargas. Así que la antimateria estará formada de antiátomos compuestos de un núcleo de antineutrones (carga neutra) y antiprotones (protones con carga negativa), donde girarán los positrones (electrones con carga positiva o antielectrones) alrededor de él.

Aunque muchos no lo crean, usamos la antimateria todos los días. Actualmente, existe una técnica llamada Tomografía por Emisión de Positrones (PET). Esta técnica usa una sustancia radiactiva que al decaer emite positrones (antielectrones). El emisor de positrones más usado es el Flúor-18, el cual es unido a una molécula de glucosa u otro portador específico de un determinado tejido para hacer estudios de órganos y diagnóstico de enfermedades, como el cáncer, en tiempo real.

La técnica consiste en que los positrones emitidos por el Flúor-18 rápidamente se ponen en contacto con los electrones de todos los átomos de materia que lo rodean y, como explicamos hace un rato, se aniquilarán. Esta aniquilación no genera una explosión pero sí una liberación de dos rayos gama, en direcciones opuestas, con una energía de 511 KeV. El PET detectará exclusivamente los rayos gamma de este nivel energético y, a través de una computadora, reconstruirá una imagen completa del órgano en estudio en tiempo real.

Sin embargo, hasta ahora nuestra tecnología no nos permite poder producir tanta cantidad de antimateria ni mantenerla por tanto tiempo como lo mencionan en la novela de Brown. Hasta producir estructuras sencillas como un átomo de antimateria, es una tarea muy difícil.

La teoría cuántica permite la existencia tanto de elefantes (formado de materia tal como la conocemos) como de anti-elefantes (formados de antimateria), pero debido a la abundancia de la materia sobre la antimateria en nuestro planeta, inmediatamente después de la formación de una antipartícula, ésta quedará aniquilada porque se encontrará con una partícula de materia antes de formar una estructura más compleja como el núcleo de un átomo. Así que será prácticamente imposible formar sistemas tan complejos como un anti-elefante la cual necesitaría la existencia de cuatrillones de cuatrillones de anti-átomos.

La forma cómo los científicos crean antimateria en la Tierra es a través del uso de aceleradores de partículas como el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN. Lo que hacen estos sofisticados equipos es acelerar pequeñas partículas como protones, neutrones y hasta átomos, en direcciones opuestas, para que colisionen frontalmente a velocidades muy cercanas a la de la luz. Estas colisiones destruyen las partículas generándose pequeñas y extrañas subpartículas y energía. 

Hace un año, científicos del Acelerador Relativista de Iones Pesados (RHIC) lograron producir una partícula de antimateria relativamente compleja llamada antihipertritón. Esta antipartícula no es más que un antinúcleo de Tritio (un isótopo del hidrógeno con 2 neutrones y 1 protón) formado por un quark extraño. Los quarks son las subpartículas de las cuales están formados los protones y neutrones. Aún así el tiempo que fue observado esta antipartícula fue efímero.

Pero, en Noviembre del año pasado, después de más de 5 años de ardua investigación, los científicos del CERN lograron capturar un poco de antimateria. En total capturaron 38 átomos de antihidrógeno los cuales fueron mantenidos por 170 milisegundos... una nada comparado con el cuarto de gramo y las 24 horas mantenidas en el contenedor descrito en la novela de Brown. Sin embargo, a pesar de la cantidad y el tiempo, fue un gran avance y les permitió hacerle un pequeño interrogatorio a la antimateria.

Y fue gracias a este avance que el 26 de Abril, los científicos del CERN reportaron en ArXiv [1104.4982] la captura de átomos de antihidrógeno por 1000 segundos (más de 15 minutos), permitiéndoles realizar muchos estudios, con una mayor presición, comparados con aquellos que fueron realizados la primera vez que capturaron los antihidrógenos por 170 milisegundos.

Sin embargo, el anihidrógeno sigue siendo una antipartícula relativamente simple. Pero, el 2 de Abril, nuevamente los científicos del RHIC lograron producir un núcleo de antimateria, esta vez mucho más complejo que el antihipertritón. A través de la colisión de átomos de oro, los investigadores lograron producir 18 núcleos de antihelio-4, la cual está formada por dos antineutrones y dos antiprotones.

Y ahora le tocó el turno a la búsqueda de regiones del universo compuestos de antimateria, para ello, la NASA acoplará a la Estación Espacial Internacional el Espectrómetro Magnético Alfa (AMS-02). Si bien el vuelo se ha retrazado por problemas técnicos durante el último mes, este proyecto valuado en más de 2 mil millones de dólares, buscará indicios de la presencia de antimateria en el espacio, tales como los rayos cósmicos producidos por la aniquilación de positrones, que además permitirá detectar la presencia de la materia oscura, un tipo de materia que conforma la mayor parte de la masa del universo.

La importancia y espectativas de este proyecto son grandes ya que ayudaría a entender uno de los misterios más grandes del universo... ¿dónde está toda la antimateria generada en el Big Bang? ¿qué es y dónde está la materia oscura? ¿existe la materia extraña? Imagínense descubrir una región del universo compuesta netamente de antimateria, con antigalaxias, antiplanetas y antivida...

Referencias:

The STAR Collaboration. Nature. doi: 10.1038/nature10079 (2011)

ALPHA Collaboration. ArXIv 1104.4982. (2011)

Andresen et al. Nature. doi: 10.1038/nature09610 (2010)

The STAR Collaboration. Science. doi: 10.1126/science.1183980 (2010)