Bomba antimateria
El Big Bang debería haber creado cantidades iguales de materia y antimateria en el universo primitivo. Pero hoy en día, todo lo que vemos, desde las formas de vida más pequeñas de la Tierra hasta los objetos estelares más grandes, está hecho casi por completo de materia. En comparación, no hay mucha antimateria. Algo tuvo que ocurrir para inclinar la balanza. Uno de los mayores retos de la física es averiguar qué pasó con la antimateria, o por qué vemos una asimetría entre la materia y la antimateria.
Las partículas de antimateria comparten la misma masa que sus homólogas de materia, pero cualidades como la carga eléctrica son opuestas. El positrón con carga positiva, por ejemplo, es la antipartícula del electrón con carga negativa. Las partículas de materia y antimateria se producen siempre en pareja y, si entran en contacto, se aniquilan mutuamente, dejando tras de sí energía pura. Durante las primeras fracciones de segundo del Big Bang, el universo caliente y denso bullía con pares de partículas y antimateria que entraban y salían de la existencia. Si la materia y la antimateria se crean y destruyen juntas, parece que el universo no debería contener más que energía sobrante.
Anti materia
Paul Dirac, que predijo la existencia de antipartículas (Imagen: Fundación Nobel)En 1928, el físico británico Paul Dirac escribió una ecuación que combinaba la teoría cuántica y la relatividad especial para describir el comportamiento de un electrón que se movía a una velocidad relativista. La ecuación -que le valió a Dirac el Premio Nobel en 1933- planteaba un problema: al igual que la ecuación x2 = 4 puede tener dos soluciones posibles (x = 2 o x = -2), la ecuación de Dirac podía tener dos soluciones, una para un electrón con energía positiva y otra para un electrón con energía negativa. Pero la física clásica (y el sentido común) dicta que la energía de una partícula debe ser siempre un número positivo.
Dirac interpretó la ecuación en el sentido de que para cada partícula existe una antipartícula correspondiente, exactamente igual a la partícula pero con carga opuesta. Por ejemplo, para el electrón debería haber un «antielectrón», o «positrón», idéntico en todo pero con carga eléctrica positiva. Esta idea abre la posibilidad de que haya galaxias y universos enteros hechos de antimateria.
Materia oscura
Nuestro universo está dominado por la materia. Claro que hay materia oscura y energía oscura, pero cosas como las estrellas, los planetas y las personas están hechas de materia. Protones, electrones, neutrones y demás. Pero la materia parece venir en pares. Por cada electrón creado, se crea un positrón de antimateria. Por cada protón que aparece, también lo hace un antiprotón. Dado que nuestro universo está dominado por la materia, ¿qué pasaría si existiera otro universo dominado por la antimateria? ¿Cómo sería un universo de antimateria?
La diferencia básica entre la materia y la antimateria es que tienen cargas opuestas. Un protón tiene una carga positiva, mientras que un antiprotón una negativa. Los positrones con carga positiva son la versión antimateria de los electrones con carga negativa. Lo interesante es que los signos de carga eléctrica son una casualidad de la historia. Podríamos haber asignado una carga positiva a los electrones y una negativa a los protones. No hay nada especial en la elección de una u otra. Así que se podría pensar que un universo de antimateria sería exactamente igual que el nuestro. Pero la materia y la antimateria tienen sutiles diferencias.
Para qué sirve la antimateria
El cúmulo de galaxias en colisión «El Gordo», el mayor conocido en el Universo observable, muestra… [+] la misma evidencia de materia oscura y materia normal que otros cúmulos en colisión. Prácticamente no hay espacio para la antimateria en éste o en la interfaz de cualquier galaxia o cúmulo de galaxias conocido, lo que restringe severamente su posible presencia en nuestro Universo.
NASA, ESA, J. Jee (Univ. de California, Davis), J. Hughes (Univ. de Rutgers), F. Menanteau (Univ. de Rutgers y Univ. de Illinois, Urbana-Champaign), C. Sifon (Leiden Obs.), R. Mandelbum (Univ. Carnegie Mellon), L. Barrientos (Univ. Católica de Chile) y K. Ng (Univ. de California, Davis)
encontramos las mismas firmas en todas partes. Vemos líneas de absorción y emisión atómicas, vemos materia interactuando con otras formas de materia, vemos formación de estrellas y muerte estelar, colisiones, rayos X y mucho más. Hay una pregunta obvia que pide a gritos una explicación: ¿por qué hay todo esto, en lugar de nada? Si las leyes de la física son simétricas entre la materia y la antimateria, el Universo que vemos hoy debería ser imposible. Sin embargo, aquí estamos, y nadie sabe por qué.
