¿Qué es la antimateria? Datos, propiedades y usos
¿Qué es la antimateria?
La antimateria es materia compuesta de partículas subatómicas que son iguales pero opuestas a sus correspondientes protones, neutrones y electrones. Las antipartículas tienen la misma masa y fuerza en carga eléctrica y momento magnético, pero son eléctrica y magnéticamente opuestas. Por lo tanto, las antipartículas correspondientes a protones, neutrones y electrones son antiprotones, antineutrones y positrones, respectivamente. Si las partes constituyentes de la antimateria y la materia se encuentran, se aniquilan entre sí.
La antimateria no debe confundirse con la materia oscura. La materia oscura es una hipótesis sobre algo que puede constituir aproximadamente el 85% de la materia o masa del universo. La antimateria, por otro lado, es una ocurrencia mucho más rara ahora. Después del Big Bang, la cantidad de materia y antimateria era casi igual, pero no exactamente.
El pequeño desequilibrio entre materia y antimateria que se inclina hacia la materia es la única razón por la que las cosas continuaron existiendo después del Big Bang. Si hubiera habido una cantidad igual de cada uno, todo se aniquilaría entre sí y no habría surgido ninguna complejidad. Aunque hoy existen antipartículas, rara vez se unen y forman antiátomos. La antimateria existe principalmente a nivel subatómico y no se ha estudiado a nivel macroscópico.
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¿Cómo se fabrica la antimateria?
Aunque parte de la antimateria surgió del Big Bang, también se puede crear en fenómenos en curso. La polarización del vacío es un fenómeno que involucra pares de partículas y antipartículas, como electrones y positrones, que emergen espontáneamente del vacío. También se ha observado que se crean antipartículas durante algunos tipos de desintegración radiactiva y fenómenos que rodean a los rayos cósmicos.
Los científicos han observado que las ondas electromagnéticas de alta energía del cosmos impactan en la atmósfera de la Tierra y forman pares de partículas y antipartículas. Por ejemplo, Carl Anderson observó pares de electrones y positrones creados por rayos cósmicos en una cámara de niebla. También se ha observado que los rayos crean positrones.
Las antipartículas también se producen artificialmente dentro de grandes aceleradores y colisionadores de partículas. Pero la cantidad total de antimateria producida por los aceleradores de partículas en la Tierra solo asciende a unos pocos nanogramos. Si los científicos pudieran crear o adquirir una cantidad más considerable de antimateria, sería teóricamente posible fabricar un reactor de antimateria. Un reactor de antimateria sería mucho más eficiente y duradero que un reactor de fusión nuclear.
Propiedades de antimateria
Debido a la rareza de la antimateria, es difícil de estudiar para los científicos. Pero se han observado muchas propiedades y se han teorizado otras. En términos generales, la antimateria es como la materia, pero en cierto modo opuesta.
- Las antipartículas tienen la misma masa que sus correspondientes partículas de materia regulares. Por lo tanto, los positrones (e+) tienen la misma masa que los electrones (e-).
- Las antipartículas tienen una carga magnética opuesta a sus correspondientes partículas de materia regulares. Así, los positrones (e+) tienen carga positiva, mientras que los electrones (e-) tienen carga negativa.
- Los efectos de la gravedad sobre la antimateria se están probando en el experimento AEGIS, o “Experimento antihidrógeno: gravedad, interferometría, espectroscopia”..
- La materia y la antimateria no pueden existir a corta distancia porque se aniquilan entre sí y se descomponen en fotones de luz y radiación gamma.
- Las antipartículas tienen el mismo tiempo de desintegración que sus partículas de materia regulares correspondientes. Por lo tanto, donde tanto los electrones como los positrones son estables, tanto el muón como el antimuón tienen una vida útil de 2,2 microsegundos.
¿Para qué se utiliza la antimateria?
La antimateria tiene pocos usos. Actualmente, solo hay unas pocas formas en que la antimateria se usa en el campo médico y aplicaciones militares o como arma. La antimateria también tiene un uso teórico como combustible para posibles viajes interplanetarios en el futuro.
Usos médicos
La antimateria solo tiene un par de aplicaciones dentro del campo médico. Estas aplicaciones médicas aplican el uso de positrones o antiprotones. La tomografía por emisión de positrones o exploraciones PET son una tecnología y un proceso de utilización y detección de positrones (e+) para crear exploraciones e imágenes médicas. Los antiprotones se utilizan en el tratamiento del cáncer. Los antiprotones se usan de manera similar a la terapia de protones o iones, donde las partículas se dirigen a los tumores.
Como combustible
La antimateria tiene una densidad de energía más alta que otros combustibles porque libera grandes cantidades de energía al aniquilarse. La liberación de energía por colisiones de materia y antimateria es de magnitudes mayores que la energía liberada por reacciones químicas como la quema de combustible para cohetes. Por lo tanto, se ha teorizado la antimateria para su posible uso como un combustible poderoso y eficiente para viajes interestelares o viajes entre estrellas. El combustible probablemente usaría la aniquilación de protones y antiprotones para producir partículas como piones cargados que pueden enfocarse magnéticamente para crear empuje.
Como armas
La antimateria se puede utilizar como mecanismo dentro de las armas nucleares y como arma en sí misma. La antimateria podría usarse como un mecanismo desencadenante dentro de las armas nucleares o el mecanismo que enciende la reacción de fisión nuclear que resulta en una explosión nuclear. Aunque la antimateria es excepcionalmente rara, el ejército de los Estados Unidos financió una investigación durante la era de la Guerra Fría que analizaba el uso de la antimateria como explosivo. Sin embargo, este sería un uso ineficiente debido a su rareza.
Datos de antimateria
La antimateria es un tema extraño. Pero ha existido por más tiempo de lo que cabría esperar. Se planteó por primera vez la hipótesis de que la antimateria existe de alguna manera con el concepto de “materia negativa”, que puede poseer propiedades antigravedad por William Hicks en la década de 1880. Sin embargo, la teoría moderna de la antimateria surgió en 1928. Paul Dirac utilizó la ecuación de onda de Schrödinger para predecir la posibilidad de positrones (e+). Otros datos interesantes sobre la antimateria incluyen los siguientes:
- La predicción de Paul Dirac condujo a otras predicciones, como la posibilidad de que existan universos enteros compuestos de antimateria en lugar de materia ordinaria. Y en estos universos, la materia ordinaria sería una rareza.
- La antimateria tiene la misma masa y tiempo de vida que la materia normal, pero su carga eléctrica, su momento magnético y su espín son opuestos.
- Los átomos de antihidrógeno se fabricaron en el CERN mediante la combinación de antiprotones y positrones para crear un antiátomo neutro.
Resumen de la lección
La antimateria es un tipo de materia en el universo compuesta de antipartículas. Las antipartículas tienen la misma masa y tiempo de vida que sus correspondientes partículas de materia regular. Sin embargo, las antipartículas son opuestas en todos los demás aspectos, como su carga eléctrica, su momento magnético y su espín. Por ejemplo, los antiprotones, antineutrones y positrones son antipartículas de protones, neutrones y electrones. Si las antipartículas entran en contacto con sus correspondientes partículas regulares, ambas se aniquilan y liberan grandes cantidades de energía.
La antimateria es rara en el universo, aunque inicialmente era abundante. Después del Big Bang, la materia y la antimateria eran casi iguales. Sin embargo, hubo un ligero desequilibrio a favor de la materia regular. Este desequilibrio provocó la erradicación de la mayor parte de la materia y la antimateria del universo. La antimateria continúa emergiendo a través de otros fenómenos, como las interacciones con los rayos cósmicos, la descomposición radiactiva y la polarización del vacío. La antimateria se puede utilizar como combustible, arma y dentro del campo médico en exploraciones PET y tratamiento del cáncer.
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