Archivos para el día de: octubre 29, 2012
Big-Bang
0
Científicos del Centro Europeo de Investigación Nuclear (CERN) han conseguido “mirar” por primera vez dentro de la antimateria gracias a la obtención de una medida espectroscópica del antihidrógeno, procedimiento que ofrece información inédita hasta ahora sobre su estructura interna. El portavoz del experimento ALPHA, Jeffrey Hangst, anunció que se ha conseguido realizar “la primera, aunque modesta”, medida del espectro de este antiátomo, un “avance enorme” en el camino para descifrar uno de los misterios más profundos de la física de partículas y quizá para entender la existencia misma del Universo. “Lo que estamos haciendo es mirar dentro de la antimateria, dentro de un átomo de materia, por primera vez. Estamos estudiándolo de la misma manera que los físicos atómicos han estudiado el hidrógeno, el helio y otros átomos en la tabla periódica, y estamos tratando el átomo de antimateria de la misma manera”, afirmó. “Es un paso enorme porque nunca lo habíamos podido hacer hasta ahora”, añadió Hangst, cuyas conclusiones se publican de manera extensa en el último número de la revista científica ‘Nature’. Vivimos en un Universo aparentemente formado únicamente de materia, pese a que antes del Big Bang (la explosión que dio origen al Universo hace 14.000 millones de años) la materia y la antimateria existieron en la misma proporción. Por lo tanto, adentrarse en la estructura de la segunda es adentrarse en lo desconocido y desafiar las leyes físicas vigentes. La medida del espectro del antihidrógeno realizada en el CERN es un nuevo hito en el estudio de las propiedades de los átomos de antimateria, ya que permite comparar al hidrógeno con su equivalente de la antimateria y podría sugerir “por qué la naturaleza tuvo una preferencia por la materia sobre la antimateria”. El Modelo Estándar de Física establece que el hidrógeno y su antiátomo deberían poseer un espectro idéntico, algo que cumplen las medidas efectuadas hasta ahora. El responsable de ALPHA explicó que el objetivo es confirmar o descartar que existe una diferencia entre los dos espectros, para establecer si el Modelo Estándar –la teoría que describe las interacciones fundamentales conocidas entre las partículas que componen la materia- es aplicable también a la antimateria. En el experimento ALPHA, los átomos de antihidrógeno son atrapados por campos magnéticos que, expuestos a radiaciones de microondas de una frecuencia determinada, logran modificar la orientación magnética de los antiátomos. Esta alteración tiene como efecto la liberación del antihidrógeno de la “trampa” en la que se encuentra, que entonces entra en contacto con la materia y se aniquila, dejando unas “huellas” características dentro de los detectores que rodean “la trampa”.
Como todos sabemos, toda la materia está formada por átomos. A su vez, los átomos están formados un núcleo de protones y neutrones, y electronesque dan vueltas alrededor de él. Existen además muchas otras partículas subatómicas, como el neutrino o la partícula Z de la que hablé hace un par de días. Las partículas subatómicas tienen una serie de propiedades de las que las más conocidas son la masa y carga eléctrica (que puede ser nula, como en el caso del neutrón). Pero tienen además otras propiedades algo menos conocidas por los profanos, y más «exóticas», con nombres bastante peculiares. Pues bien, por cada tipo partícula, existe (o puede existir) otra con la misma masa pero con el resto de propiedades de distinto signo (excepto el espín). Por ejemplo, el electrón tiene carga electrica negativa, y su antipartícula, el positrón (o antielectrón), tiene igual masa que el electrón, pero carga positiva.
La antimateria estaría formada entonces por antipartículas. Podemos imaginar un «antiátomo» formado por un núcleo de antiprotones y antineutrones, con positrones dando vueltas alrededor de él.
Lo interesante de todo esto es que cuando una partícula colisiona con su correspondiente antipartícula, se aniquilan mutuamente, emitiendo una cantidad de energía que viene dada por la conocidísima ecuación de Einstein E=mc2, donde E es la energía desprendida, m la masa de las partículas, y cla velocidad de la luz. Teniendo en cuenta que la velocidad de la luz es 300.000.000 m/s y que además está elevada al cuadrado, podemos ver que con una pequeña cantidad de masa se pueden conseguir cantidades increíbles de energía.
Empecemos ahora con las afirmaciones del libro. El primer gran error es la motivación que tiene el asesinado padre de Vittoria para obtener antimateria. Según él, la crear antimateria, estaría creando algo de la nada, lo que demostraría que la creación es posible, y que el Big Bang fue creado de la nada. Bueno, cualquiera con un mínimo conocimiento de física puede entender que hay algún tipo de trampa en esta afirmación. Uno de los pilares fundamentales de la física, del que todos hemos oído hablar es el famoso principio de conservación de la energía. «La energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma». Esta es una ley inviolable. Debemos entender el concepto de energía de forma muy amplia, es decir, según la ecuación E=mc2, la masa también es energía. Eso quiere decir que para «crear» antipartículas (con sus correspondientes partículas), debemos aplicar la misma increíble cantidad de energía que se desprende en su aniquilación. De hecho, necesitamos más, ya que nuestras máquinas no son eficientes al 100%, por lo que siempre se perderá parte de la energía (como ocurre con todas las máquinas existentes). La antimateria no se crea, sino que se obtiene a partir de la energía.
Esto no lleva directamente a otro error. Puesto que necesitamos aportar más energía para crearla, de la que obtenemos con su aniquilación, la antimateria no puede ser nunca una fuente de energía. En el mejor de los casos, podría utilizarse como batería, y para eso primero hay que solucionar otros problemas, como su contención. La única forma en la que la antimateria podría covertirse en fuente de energía, es que la encontremos ya hecha, en estado natural, en alguna parte. Pero está claro que en la Tierra no va a ser, pues se aniquilaría inmediatamente al entrar en contacto con la materia (incluso con el aire). Tendríamos que encontrarla en el espacio. Y eso si la encontramos.
Otro error bastante importante, es el asombro del director del CERN ante la afirmación de que Vittoria y su padre habían creado antimateria. Se dice que son los primeros especímenes de antimateria del mundo. Lo cierto es que el CERN y otras instituciones crean antipartículas de forma casi rutinaria en sus experimentos (y de forma distinta a como explica al libro, y no en el LHC, que aún no está operativo). Y muchísmo antes, allá por 1932, ya se habían detectado las primeras antipartículas. La fabricación de antimateria no debería ser ninguna novedad para un científico, y mucho menos, para el director del CERN.
La contención de la antimateria es otra de las cosas que tiene miga. Dado que no puede estar en contacto con la materia, la única forma conocida de almacenarla es mediante campos magnéticos, como dice el libro. Pero para ello, lo que se pretende retener debe tener carga eléctrica. Esto no es problema si queremos almacenar unos cuantos positrones, por ejemplo. Pero no podríamos hacerlo con antineutrones. En la novela, al hablar con el comandante de la Guardia Suiza, Vittoria dice que la única marca química que podrían haber detectado es la del hidrógeno. Esto sugiere que la «gota» de antimateria que tienen no son simplemente antipartículas a granel, sino átomos de antihidrógeno. Puesto que cada átomo tendría un antiprotón y un positrón, la carga eléctrica global sería neutra, por lo que un campo electromagnético no funcionaría. De hecho, a la hora de almacenar antipartículas, el que deban tener la misma carga eléctrica limita la cantidad que se puede almacenar, ya que éstas se repelen entre sí (creo que no hace falta explicar que cargas opuestas se atraen y cargas iguales se repelen). Para almacenar antimateria en cantidades apreciables, habría que buscar alguna otra solución (de momento desconocida).
Otro error es que en el libro se dice varias veces que la antimateria es inestable. La antimateria no es inestable per se. Cierto que en contacto con la materia se aniquila, pero uno puede imaginar un planeta de antimateria, con su atmósfera de antioxígeno y antinitrógenos, con formas de vida basadas en anticarbono, viviendo felices y sin problemas. Claro que si existiera un lugar así, el más pequeño meteorito de materia sería devastador para el «antiplaneta». Es más, podemos imaginar un universo entero formado por antimateria (como la famosa zona negativa que aparece en los cómics de los4 Fantásticos).
Y terminaré con la afirmación de la novela de que los científicos ya sabían en 1918 que en el Big Bang se creó tanto materia como antimateria. Algo difícil que lo supieran en ese año, ya que poco antes mencionan que la teoría del Big Bang fue propuesta por Georges LemaîtreÁ en 1927, un dato que sí es verídico, aunque hay que hacer notar que el nombre de Big Bang es posterior (Lemaître la llamaba algo así como «teoría del huevo primigenio»). Por otro lado, la existencia de antimateria era desconocida en aquel entonces.
- En física de partículas, la antimateria es la extensión del concepto de antipartícula a la materia. Así, la antimateria —una forma de materia menos frecuente— está compuesta de antipartículas, mientras que la materia común está compuesta de partículas. Por ejemplo, un antielectrón (un electrón con carga positiva, también llamado positrón) y un antiprotón (un protón con carga negativa) podrían formar un átomo de antimateria, de la misma manera que un electrón y un protón forman un átomo de hidrógeno. El contacto entre materia y antimateria ocasiona su aniquilación mutua. Esto no significa su destrucción, sino una transformación que da lugar a fotones de alta energía (rayos gamma) y otros pares partícula-antipartícula.
antimateriaunpasohaciaelfuturo 