La antimateria otra posibidad de energia para el futuro

La antimateria -como la encontrada recientemente en el campo magnético que rodea la Tierra- podría almacenarse y utilizarse en el futuro para producir energía, incluso más eficiente que la nuclear.
Qué es la antimateria?. La materia normal como la conocemos, está compuesta de átomos, las distintas organizaciones de distintos átomos forman todos los tipos de moléculas y estos a su vez la materia. Estos átomos están compuestos por electrones, protones y neutrones, los elementos mas pequeños conocidos (sin tener en cuenta los quarks). La antimateria se compone del mismo modo, con algo llamado anti-átomos, que estan formados por antielectrones (o tambien llamados positrones), antiprotones y el extraño antineutron. Paul Adrien Maurice Dirac habia deducido, fundándose en un análisis matemático de las propiedades inherentes a las particulas subatomicas, que cada particula deberia tener su ‘antiparticula’. Así pues, deberia haber un ‘antielectron’ identico al electron, salvo por su carga, que seria positiva, y no negativa, y un ‘antiproton’ con carga negativa en vez de positiva.

Pero… ¿Que es realmente la antimateria y en que se diferencian los electrones, protones y neutrones de los antielectrones, antiprotones y los antineutrones?. La antimateria es materia constituida por la antiparticulas (antielectrones, antiprotones y antineutrones). El antielectron es tan estable como el electron, de hecho es identico al electron en todos sus aspectos, excepto en su carga electrica. Su existencia puede ser indefinida. Aunque el promedio de ‘vida’ es de una millonésima de segundo, hasta que se encuentra con un electron, durante un momento relampagueante quedaran asociados el electron y el positron; ambas partículas giraran en torno a un centro de fuerza comun. Pero la existencia de este sistema, como máximo, durará una diezmillonesima de segundo ya que se combinan el positron y el electron.

La antimateria como combustible.
Si se hace chocar un protón contra un antiprotón la energía que se produce es 300 veces mayor a la de una reacción nuclear típica. Eso permitiría alcanzar aceleraciones mayores que las producidas con combustibles comunes y corrientes, basados en la mezcla de hidrógeno y oxígeno. La antimateria sería un combustible muy eficiente para impulsar naves espaciales y reducir su tiempo de viaje. Se calcula que en 20 años se tendrá esta tecnología.
En las colisiones entre materia y antimateria, toda la masa de las partículas se convierte en energía. Esta cantidad es mucho mayor que la energía química o la nuclear que puede obtenerse usando reacciones químicas o fisión nuclear. La reacción de 1 kg de antimateria con 1 kg de materia produciría 1.8×1011 J (según la ecuación E=mc²). En contraste, quemar un kilogramo de petróleo produce 4.2×105 J, y la fusión nuclear de un kilogramo de isótopos de hidrógeno produce 2.6×108 J.

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La escasez de antimateria significa que no existe una disponibilidad inmediata para ser usada como combustible. Generar un solo antiprotón es inmensamente difícil y requiere aceleradores de partículas, así como vastas cantidades de energía (mucho más de lo que se genera cuando este antiprotón se aniquila), debido a la ineficiencia del proceso. Los métodos conocidos para producir antimateria también producen una cantidad igual de materia normal, de forma que el límite teórico del proceso es que la mitad de la energía suministrada se convierte en antimateria. Inversamente, cuando la antimateria se aniquila con la materia ordinaria, la energía emitida es el doble de la masa de antimateria, de forma que el almacenamiento de energía en forma de antimateria podría ser (en teoría) de una eficiencia del 100%.

Por ahora, una vez descubierta la antimateria tan cerca de nosotros, el siguiente paso es «imaginar cómo capturar y almacenar los antiprotones.

La agencia espacial estadounidense (NASA) quiere aprovechar el hecho de que materia y antimateria se aniquilan para diseñar una nave espacial cuyo componente más importante sea una máquina que dirija la luz -resultado de esa interacción- en cierta dirección, para provocar el movimiento del aparato en dirección opuesta.

El reto es colectar y almacenar la antimateria, hasta que, llegado el momento, se haga chocar con protones para producir la luz en la dirección conveniente.

La antimateria está compuesta de partículas idénticas a las que componen la materia, pero con carga opuesta. Por ejemplo, los electrones, que transportan la electricidad en los cables de cobre de las instalaciones eléctricas, comparten las mismas propiedades que su anti-partícula, el positrón, con excepción de su carga eléctrica. Los primeros son negativos; los segundos, positivos.

Ese también es el caso de los protones que se encuentran en los núcleos atómicos, de carga positiva, y cuyas anti-partículas son los antiprotones, que son negativos.

Al formarse el universo, de acuerdo con la teoría estándar, debió existir una gran simetría, es decir, equivalencia entre materia y antimateria.

No hay razón para que en el comienzo una prevaleciera sobre la otra. En particular, en el ICN estamos interesados en saber el origen de la asimetría entre la materia y antimateria, por qué estamos hechos de materia, porque hay más de una que de la otra.

Si dos partículas, una de materia y otra de antimateria, se encuentran, se aniquilan y producen radiación (luz). Al principio del cosmos, todo estaba condensado en un pequeño espacio y existía la misma cantidad de ambos tipos de partículas, de materia y de antimateria que debieron haberse encontrado fácilmente y haberse convertido en luz. Pero no sucedió así.

Algo ocurrió en la evolución del universo temprano que hizo que hubiera más materia que antimateria, aunque no sabemos qué fue. Esa es una de las preguntas de mayor interés en la física moderna.

Se había teorizado acerca de la presencia de antimateria en la vecindad de la Tierra. La confirmación de que ésta existe es muy importante. Se corroboró que está ahí y la probabilidad de que se produzca y se almacene coincide en buena medida con los cálculos.

En la naturaleza, la anti-materia se crea como en un laboratorio: con la colisión de partículas a muy altas energías. Eso sucede todo el tiempo, si el planeta es bombardeado por rayos cósmicos ultraenergéticos.

En el momento en que éstos llegan a las capas superiores de la atmósfera, encuentran átomos y, en particular, a sus núcleos, producen una gran cantidad de partículas, entre ellas, antimateria. Pero algunas de tales antipartículas no viven mucho tiempo; los piones, por ejemplo, lo hacen tan sólo un instante, durante un tiempo del orden de 10-10 segundos.

Otras son más estables, como los antineutrones que viven por alrededor de 10 minutos; otras, como los antiprotones lo hacen por siempre y por tener carga eléctrica están sujetas a la interacción con los campos magnéticos, como el terrestre.

En el interior de nuestro planeta, hay una especie de «imán» de barra enorme, «hecho» de hierro fundido, con polos positivo y negativo que coinciden, más o menos, con los polos Norte y Sur, respectivamente.

A partir de ellos se forman los llamados cinturones de Van Allen, especie de «orejas magnéticas» que van de un polo al otro del planeta, donde las anti-partículas quedan atrapadas, por encima de las capas atmosféricas más altas y tenues, donde la presencia de materia convencional escasea.

1 comentario en “La antimateria otra posibidad de energia para el futuro”

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