Antimateria

Acercándonos al LHC

A finales de la década de 1920, Paul Dirac aplicó a la mecánica cuántica la Teoría Especial de la Relatividad de Einstein. Como resultado de esta nueva interpretación se sigue que debe haber estados de energía negativa:

Dirac sugirió que la falta de un electrón en uno de esos estados sería equivalente a una partículas de vida corta de carga positiva -un positrón- y con la mesma masa que el electrón. En la materia ordinaria, un positrón encontrarí rápidamente un electrón, desapareciendo ambos (aniquilación) y generándose, por ejemplo, un par de fotones.

Unha maneira meramente descriptiva de aproximarse a este proceso es suponer que los electrones que ocupan los estados de energía negativa se encuentran fuera de cualquier interacción que los permita observar, pues su energía es la más baja posible. Sin embargo, un fotón de alta energía (rayo gamma) podría hacer que uno de ellos dejase ese estado haciéndose visible como tal electrón. Pero simultáneamente quedaría "un hueco" en el estado de baja enerxía que se comportaría como una partícula positiva de igual masa que el electrón. Es decir, un "electrón positivo" (un positrón). Tenemos entonces la creación de un par electrón-positrón. De inmediato un electrón en un estado de energía superior "bajaría" a ese estado inferior libre, por lo que dejaríamos de observarlo, y el hueco (positrón) también. Ésto sería la aniquilación. Por eso, esas partículas que parecen aniquilar a las "normales" de materia se llaman antimateria.

 

Para cada partícula de materia existe su correspondiente de antimateria. La partícula de antimateria es idéntica a la correspondiente de materia excepto en alguna clase de carga o característica cuántica, para la que presenta el valor opuesto.

Como hemos comentado para el par electrón-positrón, cuando una partícula se encuentra con su antipartícula, se aniquilan par dar lugar a bosones como fotones, gluones o Z (partícula neutra intermediaria en la interacción débil). A la inversa, bosones con suficiente energía pueden da lugar a la producción de pares partícula-antipartícula.

Estos dos tipos de sucesos constituyen la base de los eventos generados en las colisiones en un acelerador de partículas como el LHC.

Un problema no resuelto en cosmología es saber por que en el universo domina la materia frente la antimateriaLa respuesta a esta pregunta es uno de los principales objetivos del experimento LHCb (ver violación CP).

 

El Grupo experimental de Física de Altas Enerxías de la USC (Universidad de Santiago-España) es uno de los colaboradores en este experimento que intenta básicamente estudiar el diferentecomportamiento  de los hadrones constituidos por quarks b y constituidos por quarks anti-b.

 


La creación por primera vez de átomos de antimateria en el CERN abrió la puerta a la sistemática exploración del "antiuniverso". La receta para fabricar anti-hidróxeno es muy simple- tómese un antiprotón y un anti-electrón, pong este último en órbita alredor del primero- pero es muy difícil llevarlo adelante porque las antipartículas no existen de forma natural en la Terra. Ellas pueden ser solamente creadas en el laboratorio, y aún así raras veces las condiciones son las precisas para que se puedan juntar para formar el anti-hidróxeno.

 


Tres cuartas partes do nuestro universo es hidrógeno. Si el comportamiento del anti-hidrogéno difiere solo en una muy ligera forma del hidrógeno ordinario, los físicos tendrían que rehacer o abandonar muchas de las ideas establecidas sobre la simetría entre materia y antimateria. Se acepta actualmente que la antimateria "funciona" bajo la gravedad de la mismoa forma que la matera, pero si en la naturaleza el comportamiento non es simétrico se debe averiguar como y por qué.  

Se trata entonces de observar si el anti-hidrógeno realmente se comporta tal como lo hace el hidrógeno ordinario. Estas comparaciones pueden ser hechas con una gran exactitud, e incluso la aparición de una muy pequena asimetría tendría enormes consecuencias para la comprensión de nuestro universo. Para que estas observaciones se puedan llevar a cabo es preciso mantener anti-átomos durante segundos, minutos, días o semanas. Las técnicas necesarias para almacenar la antimateria se siguen desarrollando en el CERN.

 


NOTA: como ya el CERN ha tenido ocasión de argumentar sobradamente, las aproximaciones a la antimateria que se hacen en determinadas novelas o series de ciencia ficción (i.e.: "Star Treck" o "Angeles y Demonios" de Dan Brown) carecen de rigor científico. Ver más ...

AUTORES


Xabier Cid Vidal, Doctor en Física de Partículas (experimental) por la Universidad de Santiago (USC). Research Fellow in experimental Particle Physics en el CERN, desde enero de 2013 a diciembre de 2015. Actualmente está en el Depto de Física de Partículas de la USC  ("Ramon y Cajal", Spanish Postdoctoral Senior Grants).

Ramon Cid Manzano, profesor de Fïsica y Química en el IES de SAR (Santiago - España), y Profesor Asociado en el Departamento de Didáctica de Ciencias Experimentales de la Facultad de Educación de la Universidad de Santiago (España). Es licenciado en Física y en Química, y Doctor por la Universidad de Santiago (USC).

CERN


CERN WEBSITE

CERN Directory

CERN Experimental Program

Theoretical physics (TH)

CERN Physics Department

CERN Scientific Committees

CERN Structure

CERN and the Environment

LHC


LHC

Detector CMS

Detector ATLAS

Detector ALICE

Detector LHCb

Detector TOTEM

Detector LHCf

Detector MoEDAL


NOTA IMPORTANTE

Toda la Bibliografía que ha sido consultada para esta Sección está indicada en la Sección de Referencias


© Xabier Cid Vidal & Ramon Cid - rcid@lhc-closer.es  | SANTIAGO (ESPAÑA) | Plantilla basada en el diseño de la web del CERN

···