Antimateria

Achegándonos ao LHC

A finais da decada de 1920, Paul Dirac aplicou á mecánica cuántica á Teoría Especial da Relatividade de Einstein. Como resultado desta nova interpretación séguese que debe haber estados de enerxía negativa:

Dirac suxeriu que a falta dun electrón nun deses estados sería equivalente a unha partículas de vida curta e carga positiva -un positrón- e coa mesma masa que o electrón. Na materia ordinaria, un positrón atoparía rápidamente un electrón, desaparecendo ambos (aniquilación) e xerándose un par de fotóns, por exemplo.

Unha maneira meramente descriptiva de aproximarse a este proceso é supoñer que os electróns que ocupan os estados de enerxía negativa atópanse fora de calquera interacción que os permita observar, pois a súa enerxía e a máis baixa posible. Sen embargo, un fotón de alta enerxía (raio gamma) podería facer que un deles deixase ese estado facéndose visible como tal electrón. Pero simultaneamente quedaría "un oco" no estado de baixa enerxía que se comportaría como unha partícula positiva de igual masa que o electrón, é dicir un "electrón positivo" (un positrón). Temos pois a creación dun par electrón-positrón. De inmediato un electrón nun estado de enerxía superior "baixaría" a ese estado inferior libre polo que deixaríamos de observar ese electrón e o oco (o positrón). Isto sería a aniquilación. Por iso, esas partículas que parecen aniquilar as "normais" de materia chámanse antimateria.

 

Na realidade, para cada partícula de materia existe a súa correspondente de antimateria. A partícula de antimateria é idéntica á correspondente de materia excepto nalgunha clase de carga ou característica cuántica, para a que presenta o valor oposto.

Como comentamos para o par electrón-positrón, cando una partícula se atopa coa súa antipartícula se aniquilan par dar lugar a bosóns como fotóns, gluóns ou Z(partícula neutra intermediaria na interacción feble). Á inversa, bosóns con suficiente enerxía poden da lugar á producción de pares partícula-antipartícula.

Estes dous tipos de sucesos constitúen a base dos eventos xerados nas colisións nun acelerador de partículas como o LHC.

Un problema non resolto da cosmoloxía é saber por que no universo domina a materia fronte a antimateria. A resposta a esta pregunta é un dos principais obxectivos do experimento LHCb (ver violación CP).

 

Grupo experimental de Física de Altas Enerxías da USC  é un dos colaboradores neste experimento que tenta basicamente  estudar o diferente comportamento dos hadróns constituídos por quarks b e os constituídos por quarks anti-b.

 


A creación por primeira vez de átomos de antimateria no CERN abriu a porta á sistemática exploración do "antiuniverso". A receita para o anti-hidróxeno é moi simple - tómese un antiprotón e un anti-electrón, e poña este último en órbita arredor do primeiro- pero é moi difícil levala adiante porque as antipartículas non existen de xeito natural na Terra. Eles poden ser soamente creadas no laboratorio, e mesmo así rara vez as condicións son as precisas para que se poidan xuntar en formar o anti-hidróxeno.

 


Tres cuartas partes do noso universo é hidróxeno.Se o comporta-mento do anti-hidroxéno difire mesmo dunha moi lixeira forma do hidróxeno ordinario, os físicos terían que refacer ou abandoar moitas das ideas establecidas sobre a simetría entre materia e antimateria. Acéptase actualmente que a antimateria "funciona" baixo a gravidade do mesmo xeito que a materia, pero se na natureza o comportamento non é simétrico débese averiguar como e por que.  

Trátase pois de observar se o anti-hidróxeno realmente se comporta tal como o fai o hidróxeno ordinario. Estas comparacións poden ser feitas cunha grande exactitude, e mesmo a aparición dunha moi pequena asimetría tería enormes consecuencias para a comprensión do noso universo. Para que estas observación podar levarse a cabo é preciso manter anti-átomos durante segundos, minutos, días ou semanas. As técnicas necesarias para almacenar a antimateria séguense desenvolvendo no CERN.

 


NOTA: como xa o CERN ten argumentado sobradamente, as aproximacións á antimateria que se fan en determinadas novelas ou series de ciencia ficción (i.e.: "Star Treck" ou "Anxos e Demos" de Dan Brown) carecen de rigor científico. Ver máis ...

AUTORES


Xabier Cid Vidal, Doutor en Física de Partículas (experimental) pola USC. Research Fellow in experimental Particle Physics no CERN, desde xaneiro de 2013 a decembro de 2015. Actualmente está no Depto de Física de Partículas da USC  ("Ramon y Cajal", Spanish Postdoctoral Senior Grants).

Ramon Cid Manzano, profesor de Física e Química no IES de SAR de Santiago de Compostela, e Profesor Asociado no Departamento de Didáctica das Ciencias Experimentais da USC. É licenciado en Física e en Química, e é Doutor pola Universidade 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 a Bibliografía que foi consultada para esta Sección está indicada na Sección de Referencias

 


© Xabier Cid Vidal & Ramon Cid - rcid@lhc-closer.es  | SANTIAGO |

···