Los físicos intentan crear átomos de antimateria

MALCOLM W. BROWNE Antimateria: el supercomibustible para llevar las naves espaciales a las estrellas, el aniquilador que haría que una bomba de hidrógeno pareciera un petardo, la antisustancia de las antigalaxias habitadas por antipersonas...

En los 66 años transcurridos desde que el físico británico Paul A.M. Dirac postuló teóricamente la existencia de antimateria, las ideas más fantásticas sobre esa sustancia fascinante pero evasiva parecían estar más cerca de la ficción que de la física. Sin embargo, la creación de antimateria en los laboratorios de alta energía se ha convertido en algo rutinario y se acercan nuevas posibilidades.

Una de ellas es que, probablemente, pronto existan contenedores portátiles que puedan almacenar y transportar miles de millones de partículas de antimateria durante meses, independizando a los científicos de la necesidad de estar cerca de uno de los pocos aceleradores de partículas capaces de producir antimateria.

Otra posibilidad que ahora parece factible es la formación de antiátomos enteros a partir de las antipartículas subatómicas. El antiátomo más sencillo y fácil de hacer sería el antihidrógeno atómico, que consistiría en un único antiprotón con carga negativa como núcleo y un único antielectrón -o positrón cargado positivamente, en órbita alrededor de éste (las partículas de antimateria tienen una carga eléctrica igual pero de signo opuesto a la de sus homólogos de materia ordinaria).

Si los físicos lograran fabricar antihidrógeno, y si se pudiera congelar una cantidad suficiente para formar una bola de antihidrógeno helado, y si se consiguiera encontrar una forma de almacenar ese exótico y peligroso hielo sin que entrara en contacto con la materia ordinaria -lo que causaría la aniquilación mutua y una explosión descomunal- podría empezar a abrirse el camino hacia los combustibles para cohetes interestelares. Aunque los científicos pronostican que el antihidrógeno podría crearse en los próximos dos años en uno de los varios experimentos que están previstos, consideran que la perspectiva de almacenarlo es apenas un sueño.

La antimateria se utiliza normalmente en aceleradores de partículas, como el Tevatron de Fermilab (Chicago) o el LEP del Laboratorio Europeo de Física de Partículas, CERN (Ginebra), en los que se hacen chocar frontalmente haces de partículas y haces de antipartículas.

Los positrones -o antielectrones- se utilizan en medicina para hacer exploraciones detalladas de los tejidos blandos y observar procesos químicos, incluida la actividad cerebral, en la Tomografía por Emisión de Positrones (PET, siglas inglesas). Los positrones son emitidos por isótopos radiactivos de vida corta como el oxígeno 15 o el flúor 18, que pueden introducirse en un paciente, pero que sobreviven muy poco tiempo, por lo que el PET debe estar cerca del acelerador de partículas -ciclotrón- que fabrica los isótopos.

Como combustible de cohete un poco de antihidrógeno daría para llegar muy lejos. Si se pudiera construir un cohete que emplease hidrógeno calentado por la aniquilación de antihidrógeno que se mezclara con él, la energía propulsora de una centésima de gramo de ese combustible sería equivalente a la de 120 toneladas de combustible convencional a base de hidrógeno y oxígeno líquidos.

Pero, incluso para experimentos científicos, los antiprotones son muy caros. En Fermilab se producen antiprotones bombardeando un blanco de cobre con protones ordinarios. En términos de la energía eléctrica y otros gastos necesarios, para fabricarlo, un típico paquete de antiprotones acelerado por el túnel circular del Fermilab de 6,5 kilómetros, que contiene unos 63.000 millones de estas antipartículas, cuesta unos 8,2 millones de pesetas.

En cualquier caso, los antiprotones fabricados en el Fermilab tienen demasiada energía para experimentos, como los de producir antihidrógeno. Una fuente mucho más práctica, es el anillo de antiprotones de bajas energías del CERN.

Los antiprotones recogidos en el anillo de almacenamiento se enfrían desde una energía de partida de unos cinco MeV hasta un MeV, y después de sacarlos del anillo los antiprotones pueden ser enfriados todavía más, hasta que prácticamente no se mueven. "Por eso vamos allí a hacer nuestros experimentos", afirma Gerald Gabrielse, de la Universidad de Harvard, "y por eso el grupo de Los Álamos también irá allí". Los científicos están desarrollando dos estrategias para fabricar antihidrógeno.

En una de ellas, una trampa de Penning se cargaría con antiprotones y antielectrones, con la esperanza de que un par de positrones fueran capturados y entraran en una órbita estable alrededor de los antiprotones, con lo que se crearían antiátomos estables de antihidrógeno.

Otro planteamiento, presentado por el grupo de Gerald A. Smith, de la Universidad de Pensylvania, y científicos de la universidad de California en Irvine, implica el hacer pasar el haz de antiprotones del Fermilab por un chorro de hidrógeno gaseoso.

F. J Hartmann, de la Universidad Técnica de Munich, y un equipo de investigadores japoneses informaron recientemente de la creación de un nuevo tipo de átomo consistente parcialmente de antimateria, llamado helio antiprotónico. Dos protones y dos neutrones forman el núcleo exactamente igual que en el helio ordinario, pero, en lugar de dos electrones en órbita, hay un electrón y un antiprotón. Este átomo sobrevivió durante lo que los físicos consideraron un lapso de tiempo asombrosamente largo antes de que sus constituyentes de materia y antimateria se aniquilaran mutuamente: hasta 15 millonésimas de segundo.