Relatos en la Isla Tintero

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Ciencia para escritores: la antimateria

Hay que reconocer que la palabra antimateria suena realmente bien. Parece que se te llena la boca al decirla. Antimateria. Antimateria…

La verdad es que es algo de lo que llevaba un tiempo queriendo hablar, porque es algo que todo el mundo ha oído nombrar antes o después, pero que no muchos saben realmente lo que es. Por eso, en este post quiero resolver algunas de las preguntas más fáciles: ¿qué es la antimateria?¿Existe?¿Dónde está? Y lo más importante ¿para qué sirve?

Antes de empezar, vamos a ver (o mejor dicho, recordar) qué es la materia y después nos meteremos en faena. Así que ¡allá vamos!

 

Un poco de física de instituto

En el instituto me enseñaron que la materia es todo aquello que tiene masa y volumen y que además tiene una cierta cantidad de energía. Aunque hay definiciones físicas mucho más exactas, esta nos vale.

Como seguramente sabréis, la materia está compuesta por átomos, que a su vez está compuesta por electrones, neutrones y protones. A su vez, protones y neutrones están compuestos por partículas llamadas quarks, pero los electrones no parecen estar compuestos por nada más pequeño.

En el núcleo de los átomos encontramos los protones, que tienen carga positiva, y los neutrones, que tienen carga neutra (¿a que no os los esperabais?). El número de protones en el núcleo indica qué tipo de elemento es, por ejemplo, si tiene dos será el Helio, siempre. Por otro lado, el número de neutrones afecta al peso del átomo, y dos átomos con el mismo número de protones pero diferente número de neutrones se llaman isótopos, pero siguen siendo el mismo elemento. Por último, tenemos a los electrones, partículas con un tamaño muchísimo menor que las dos anteriores y que se encuentran alrededor del núcleo. Los electrones tienen la misma carga que los protones pero en negativo, y es la relación entre ambas la que determina la carga total del átomo.

Entre electrones, protones y neutrones se dan una serie de interacciones que hacen que ahora mismo nosotros existamos. Todo lo que nos rodea está compuesto por materia, pero ¿y la antimateria? Ahora vamos, poco a poco.

 

¿Qué es la antimateria?

La antimateria es como la materia, pero al revés. Wow, te lo has currado. Lo sé, lo sé, increíble.

Fuera de bromas, la antimateria está compuesta por antiátomos, que a su vez se componen de antipartículas: antiprotones, antineutrones y antielectrones (positrones para los amigos).

En el antineutrón no me voy a meter, porque ya directamente lo nombran como “el extraño”, pero nos centraremos en los otros dos, que son más importantes. El antiprotón no es más que una partícula gemela del protón pero con carga negativa (es decir, la misma carga, pero opuesta). Por su parte, el positrón es una partícula igual que el electrón pero con la carga negativa.

antihidrogeno

Si pudiéramos tener en la mano antipartículas y partículas (luego os explico por qué lo veo complicado) veríamos que son iguales en aspecto físico y también en constitución, pero con los movimientos rotatorios invertidos, así que las cargas son opuestas.

Cuando una antipartícula y una partícula chocan se aniquilan, aunque no es que se destruyan totalmente, sino que desprenden fotones de alta energía, que producirán rayos gamma y otras parejas partícula-antipartícula. Como os podréis imaginar, si tuvierais antimateria en la mano, os explotaría, así que mejor no.

La antimateria había sido predicha teóricamente por Paul Dirac, que intentaba aplicar las nuevas ideas de Heisenberg, Schrödinger y Einstein al comportamiento de los electrones. La ecuación que creó tenía una posible solución que describía electrones con carga positiva. Aunque despertó mucha polémica, solo cuatro años más tarde se detectó experimentalmente el primer positrón. Después de eso se detectaron también antiprotones y antineutrones.

Pero, y todo esto ¿para qué?

 

¿De qué nos sirve la antimateria?

Ya os he dicho que cuando la materia y la antimateria se aniquilan, se produce mucha energía. Pero muchísima. De hecho, el rendimiento es tan alto que se confía en la antimateria como el combustible del futuro (lejano, eso sí), o al menos en uno de los posibles.

Al ser tan energético, no es complicado imaginar las posibilidades. En primer lugar, se ha pensado en usar como combustible de cohetes, ya que nos permite solucionar el inconveniente de cargar el cohete de combustible hasta los topes. Por ejemplo, se cree que cuatro miligramos de antimateria nos permitirían llevar una nave hasta Marte en solo unas semanas. Un avance increíble si lo comparamos con las toneladas que hacen falta ahora.

Si eres escritor de ciencia ficción, la antimateria te interesa como el combustible idóneo para tus viajes estelares porque quién sabe lo lejos que podría llevarte. Teóricamente no habría límite, pero eso sí, tienes que tener en cuenta sus limitaciones. Como explicaré en el siguiente apartado, la antimateria sigue siendo extremadamente difícil y cara de producir, así que tienes que pensar bien en la ambientación de tu novela.

cohete

Lo fácil que sería esto con antimateria…

Por otro lado, también podría usarse para fabricar armas de destrucción masiva. Si alguien pusiera antimateria dentro de una bomba (pero sin estar en contacto con la materia) y en un determinado momento la pusiese en contacto con la materia se formaría una explosión bastante bestia. De hecho, una bomba como esta aparece en la novela de Dan Brown Ángeles y demonios, y se quiere usar para volar el Vaticano. Una bomba de antimateria resulta mucho más eficiente que una nuclear, ya que se puede convertir un porcentaje mucho más alto de materia en energía. Aunque eso sí, habría que tener muy bien guardada la antimateria para que la bomba solo detone cuando nosotros queramos (no olvidéis de que todo lo demás es materia).

Vale, pongamos que necesito antimateria. Y la necesito ya.

 

¿Cómo consigo antimateria?

La antimateria puedes encontrarla en dos tipos de sitios. En primer lugar, se crea en lugares donde haya fenómenos muy energéticos, por ejemplo, en capas altas de la atmósfera durante las tormentas se crean positrones. En segundo lugar, varios laboratorios alrededor del mundo trabajan intentando crear antimateria, ya que es un material muy muy codiciado.

Si te pusieras a buscar por el Universo, quizás te sorprendiera encontrar que no hay apenas antimateria. Sin embargo, también sabemos que con el Big Bang aparecieron tanto antipartículas como partículas. Entonces ¿dónde se han ido? Hay varias teorías que lo intentan explicar. Una de ellas sostiene que se creó un poco de materia más que de antimateria, de modo que todo el Universo actual es el resultado de la materia que no se aniquiló, es decir, la sobrante. Otra teoría dice que tal vez las leyes del Universo favorezcan la existencia de la materia por encima de la antimateria, por algún motivo desconocido. Por último, otra teoría postula que tal vez tras el Big Bang, materia y antimateria no se aniquilaran sino que salieran despedidas en direcciones opuestas, de tal modo que están demasiado lejos de nosotros para verlas.

Por tanto, en principio habría dos formas de conseguir antimateria: fabricarla o recogerla. En laboratorios como el CERN y el Fermilab se usan enormes aceleradores de partículas para crear minúsculas cantidades de antihidrógeno. Sin embargo, el equipamiento que se utiliza es carísimo y solo se consiguen unos pocos átomos. Esto convierte a la antimateria en la sustancia más valiosa del Universo, se estima que tiene un precio de 62 500 millones de dólares por miligramo. Casi nada, vaya.

Fermilab.jpg

Vista aérea del Fermilab (se encuentra bajo tierra. Parecido a los de vuestra universidad.

Además, almacenarla también es complicado porque no puede estar en contacto con la materia si no queremos que explote descontroladamente. Lo que se suele hacer es guardarlo en una especie de botella magnética, es decir, dentro de un campo magnético que impidiera que contactara con materia. Sin embargo, esto no es fácil ni mucho menos barato.

Viendo que fabricar la antimateria es tan costoso, hay científicos que han pensado que se podría recolectar por el espacio exterior. Se ha planteado que, dado que la antimateria es tan natural como la materia, podría encontrarse en el espacio y se podría rastrear buscando los rayos gamma que libera al aniquilarse con materia.

Ya existe un satélite llamado PAMELA, que ha sido diseñado exclusivamente para localizar de forma eficiente fuentes de antimateria, por ejemplo, antiestrellas que en su momento no experimentaran la aniquilación con la materia. Si se pudieran localizar fuentes naturales de antimateria quizás se pudieran recolectar con una cosechadora de antimateria, que usaría los campos magnéticos para confinarla en su interior.

 

El futuro de la antimateria

Vamos a pararnos a analizar qué podría depararnos la antimateria en varias décadas, cosa que me parece muy importante para los escritores de ciencia ficción.

En primer lugar, para cualquier uso que queramos darle es importante que la antimateria baje de precio, ya que ahora mismo no es viable en absoluto. Resulta demasiado cara como para que se pueda utilizar para algo que no sea simplemente estudio. De cualquier modo, aparte del avance lógico de la tecnología, que hará que cada vez sea más barato producir antimateria, también hay que tener en cuenta que los aceleradores de partículas no son específicos para eso. Hay científicos que creen que cuando se construyan aceleradores exclusivos para producir antimateria a escala industrial, su coste disminuirá muchísimo.

Sin embargo, pienso que esta es una forma de energía que está bastante en pañales, aunque resulta muy prometedora. Una vez que sea viable, nuestros viajes estelares podrán ser mucho más largos, ya que el peso del combustible, como ya he dicho, se reduce muchísimo. Por ejemplo, la antimateria sería un buen combustible para una nave generacional, pero tenéis que tener en cuenta que eso no podrá hacerse pasado mañana, sino que aún falta bastante.

Luego está el tema de las bombas. Evidentemente, fabricar una bomba de antimateria es más fácil que obtenerla industrialmente para los cohetes, porque se necesitaría muy poca cantidad. Sin embargo, tampoco es pan comido porque igualmente hay que tener un pseudorecopiente magnético que impida que explote antes de tiempo.

En conclusión, no sabemos lo que nos deparará el futuro, pero todo parece indicar que la antimateria podrá fabricarse a mayor escala y utilizarse como combustible (que, dicho sea de paso, buena falta nos hace). Pero también queda claro que se requerirá una tecnología bastante avanzada para manipularla y guardarla.

 

Bonus track: ¿Antiuniversos?

Si tenemos en cuenta que la antimateria es perfectamente natural y admitida por las leyes de la física, resulta lógico que puedan existir antiuniversos, con antiestrellas, antiplanetas, anticiudades y antipersonas. Sin embargo, hay partículas que son su propia antipartícula, como el gravitón.

Durante años, los científicos (entre ellos el archiconocido Feynman) estuvieron investigando si universos invertidos podrían ser posibles y se encontraron con multitud de problemas que no tenían una resolución tan evidente como aparentaban. Por resumir, os diré que un universo invertido violaba las leyes de la física a menos que el sentido del tiempo estuviera también invertido.

Esto quiere decir que en un universo así los viejos se hacen más jóvenes hasta acabar dentro del vientre de su madre, la comida se descocina, primero haces el examen y luego estudias y etcétera etcétera etcétera. Esto a nosotros nos puede parecer muy extraño, pero el caso es que ni al derecho ni al revés se violan las Leyes de Newton, con lo que en realidad están permitidos.

Además, el hecho de que el tiempo vaya al revés implica que jamás podríamos comunicarnos con un universo así, ya que todo lo que nosotros dijéramos se les olvidaría, ya que nosotros estaríamos viajando al futuro y ellos a nuestro pasado. Total, un lío.

Aun así, si quieres plasmar un contacto entre nosotros y un hipotético antiuniverso (aun sabiendo que estás violando las leyes de la física), tienes que tener en cuenta que una cosa es comunicarse mediante radio o algo así y otra muy distinta hacer una quedada interuniversal. Si fuéramos capaces de llegar a un antiuniverso (ponte que es uno en el que el tiempo corre normal para no complicar las cosas), posiblemente no nos pasara nada siempre que estuviéramos en el vacío. En el momento que contactáramos con antimateria, por ejemplo, la atmósfera de una antiTierra, nos aniquilaríamos y moriríamos. ¡Cuidadito con eso!

He leído por ahí algunos ejemplillos que decían que si traíamos antialiens a la Tierra explotaríamos al contactar con ellos. No, perdona. Explotarían mucho antes, en cuanto tocasen la atmósfera. La única forma de evitarlo sería tener una de esas botellas magnéticas de las que sirven para guardar antimateria, porque al fin y al cabo, ellos son antimateria.

 


Bueno, pues esto ha sido todo esta semana. Espero que os haya resultado útil, yo al menos creo que es importante, sobre todo para dar realismo a novelas de ciencia ficción. Si os ha gustado podéis dejarme un comentario y compartir por las redes (es más, debéis). De momento, nos vemos el próximo domingo. ¡Hasta pronto!

PD. Estoy participando en mi primer NaNoWriMo Camp, así que pronto tendréis una entrada hablando de mi experiencia.

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14 comentarios el “Ciencia para escritores: la antimateria

  1. Diario de una berenjena
    julio 3, 2016

    ESTOY FANGIRLEANDO MUCHO.

    Vale, confieso que no tenía ni idea del tema y todavía tengo pendiente informarme de ciertas cosas y por eso me ha parecido tan interesante, pero dioses, te amo. Me ha gustado mucho, en serio ^^

    MEGAABRAZO DE BERENJENA

    Le gusta a 1 persona

    • soyperry
      julio 3, 2016

      ¡Me alegro muchísimo, en serio! Creo que la antimateria es algo que todo el mundo ha oído, pero que pocos conocen más allá del nombre.
      MEGAABRAZO DE ORNITORRINCO.

      Le gusta a 1 persona

  2. CabalTC
    julio 3, 2016

    ¡Por fin! Este era el post que estaba esperando desde que me chivaste que ibas a escribir algo sobre antimateria.

    Me encanta cómo la has redactado, seguro que hay mucha gente que aprende cómo funciona algo tan interesantísimo como es la antimateria.

    ¡Un abrazo!

    Me gusta

    • soyperry
      julio 3, 2016

      ¡Muchas gracias, Cabal!
      Me alegro de que te haya gustado. Lo interesante de la antimateria es que tiene aplicaciones muy interesantes e importantes en la ciencia ficción.
      ¡Un abrazo!

      Le gusta a 1 persona

  3. Mirichom
    julio 3, 2016

    Wow :O Ya sabía todo esto pero me he quedado pilladísima con lo de que el sentido del tiempo iría al contrario en un antiuniverso y las otras ideas que has dado, nunca lo había pensado de esa manera.

    Besis de frambuesi

    Le gusta a 1 persona

    • soyperry
      julio 4, 2016

      ¡Buenas! En realidad, si lo piensas, tiene sentido. Te puedo decir de qué libro lo he sacado para que lo veas detalladamente.
      Abrazos de limón

      Me gusta

  4. literatoluisrodriguez
    julio 4, 2016

    Como escritor de ciencia ficción me pareció muy interesante.También nos arreglamos (para viajes largos) con la criogenia o los agujeros negros.

    Le gusta a 1 persona

    • soyperry
      julio 4, 2016

      ¡Buenas! Estaba pensando en hacer una entrada sobre formas de hacer viajes espaciales largos y por supuesto, esas dos entraban en ella. ¡Un saludo y gracias por pasarte!

      Me gusta

  5. Erik Reenberg
    julio 4, 2016

    Adoró este elemento como fuente de problemas y soluciones en las historias. Incluso serviría para crear tensión, por ejemplo que haya un problema con el sistema magnético de una nave y en nueve horas los soportes falles y la antimateria caiga sobre la materia. Y fue justo con el ejemplo que has dado, Angeles y Demonios, dónde me encontré con esta curiosa amiga del espacio profundo. Desde entonces siempre me he sentido tentado por ella pero nunca la he usado. O podría usarse para generar agujeros negros ¿Si se usa la suficiente cantidad podríamos romper la realidad? Como siempre, tus entradas son un oasis de inspiración.

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    • soyperry
      julio 5, 2016

      ¡Buenas, Erik!
      Muchísimas gracias por tu comentario. Sí, tienes razón en que tiene muchísimos usos, aunque lo de agujeros negros no me lo había planteado (ya investigaré). Lo de la realidad… ¿Cuánta es suficiente? ¿Dos estrellas? ¿Que colisionara un universo material con uno antimaterial? A saber jajaja
      ¡Un saludo!

      Le gusta a 1 persona

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Esta entrada fue publicada en julio 3, 2016 por en Ciencia para escritores y etiquetada con , , .

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