DOMANDO LA ANTIMATERIA

Puede que no haya nada tan emocionante en la ciencia como la capacidad de hacer ciertos cálculos teóricos y decidir que tienen que existir cosas que nadie ha observado nunca, y tener entonces a alguien que las observe. Fue lo que ocurrió a un físico llamado Paul Dirac.

En 1928 estaba calculando las propiedades de los electrones mediante las ecuaciones de la mecánica cuántica recientemente formulada. Le pareció que las ecuaciones demostraban que tenía que haber dos clases de electrones, opuestas entre sí. Ordinariamente, los electrones tienen una carga eléctrica negativa, pero la otra clase (antielectrones) debería tener una carga eléctrica positiva, pero ser idéntica en todo lo demás.

Este electrón cargado positivamente nunca había sido observado, por lo que en aquel entonces fueron pocos los que tomaron en serio a Dirac. Pero en 1932, el físico Carl Anderson, que estaba estudiando los rayos cósmicos, detectó el rastro de una partícula que se creaba cuando los rayos cósmicos chocaban con los átomos de la atmósfera. La partícula dejaba un rastro exactamente igual al de un electrón, pero se curvaba en dirección contraria. Esto significaba que tenía una carga positiva, no negativa. Era un antielectrón o, como lo llamó más tarde Anderson por su carga, un «positrón».

Dirac recibió el Premio Nóbel en 1933, y Anderson en 1936.

Pero las ecuaciones de Dirac se aplicaban a varias partículas. Si el electrón tenía una partícula opuesta, también debían tenerla los protones, neutrones y otras partículas. Todas estas antipartículas debían ser capaces de juntarse para formar átomos de carácter opuesto al de los ordinarios. Estos átomos opuestos constituirían la «antimateria».

Los protones tienen aproximadamente una masa mil ochocientas veces mayor que los electrones, y por consiguiente se emplea mil ochocientas veces más energía para formar un antiprotón. Esperar un rayo cósmico lo bastante enérgico como para formar un antiprotón habría requerido mucho tiempo, pero los científicos no tuvieron que esperar. Estaban construyendo aceleradores de partículas más grandes y potentes, y en los años cincuenta consiguieron producir energías que podían formar antiprotones. Dos científicos, Emilio Segré y Owen Chamberlain realizaron la tarea en 1955 y recibieron el Premio Nóbel en 1959.

Al parecer hay muy poca antimateria natural en el universo, pero los científicos consiguieron crear alguna en el laboratorio. Pudieron hacerlo, sobre todo porque Dirac había indicado, por simple deducción matemática, que el trabajo era posible.

Sin embargo resultaba difícil estudiar semejante antimateria con detalle, porque cuando se formaban las antipartículas individuales eran sumamente energéticas y se movían a velocidades enormes. Peor aún, cada antipartícula tenía forzosamente que encontrarse con una partícula normal de su propia clase en una pequeña fracción de segundo, ya que todo lo que las rodeaba estaba hecho de billones de partículas normales.

Cuando esto ocurría, la antipartícula y la partícula se aniquilaban mutuamente, y ambas desaparecían y se convertían en energía. Esto recibe en nombre de «aniquilación mutua».

Así fue como surgió el problema de domar la antimateria, de frenar las antipartículas y mantenerlas lejos de los billones de partículas ordinarias, para impedir su destrucción instantánea. De esta manera los científicos podrían estudiarlas con detalle.

Parece que ahora lo están realizando los físicos europeos en Ginebra, que es donde se hallan los instrumentos más poderosos de Europa para estudiar las partículas. Los aceleradores de partículas han aumentado continuamente su potencia desde los años cincuenta. El acelerador de Ginebra es uno de los más potentes que existen; puede formar antiprotones en grandes cantidades.

Estos antiprotones se hacen pasar a través de metal de berilio. Aproximadamente la mitad de ellos actúa con los protones del metal de forma recíproca y se pierde. El resto rebota en los electrones (con los que no hay acción reciproca) de los anillos exteriores de los átomos y emerge habiendo perdido la mayor parte de su energía.

Los antiprotones emergen en una trampa en la que se ha hecho el vacío, de manera que hay muy pocas partículas con las que pueden chocar y aniquilarse. La trampa se mantiene también a una temperatura cercana al cero absoluto, con lo que extrae más energía de los antiprotones. La trampa contiene un campo magnético que mantiene a los antiprotones saltando adelante y atrás, pero no permite que choquen contra las paredes, donde serían aniquilados. De esta manera se pueden conservar los antiprotones hasta diez minutos, y probablemente durante períodos mucho más largos.

Los científicos tienen ahora la oportunidad de medir exactamente la masa de un antiprotón. La teoría de Dirac predice que la masa del antiprotón debería ser exactamente igual a la del protón. Esto es lo que esperan descubrir los científicos. En caso afirmativo, la teoría de Dirac se verá más reforzada que nunca.

Sin embargo, el descubrimiento de cualquier pequeña desviación podría ser tan excitante como enigmático. Significaría que la teoría tendría que ser modificada y ampliada. Y esto podría abrir la puerta a nuevas y todavía más profundas visiones de la naturaleza del universo.