Antimateria QUÍM.

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Química

Generalidades. Adoptando el modelo de átomo (v.) planetario de Bohr-Sommerfeld como imagen submicroscópica de la materia, fácilmente se intuye la de la a., a base de la sugerencia antropomórfica del antiátomo. Durante el primer tercio de este siglo, la teoría de la Relatividad (v.), la de los cuantos (v.) y la Mecánica ondulatoria (v.) condujeron a la concepción de la posible existencia de un tipo de partículas difícilmente observables, las antipartículas (v.), con sus respectivas aportaciones: la de la Relatividad, introduciendo la nueva expresión de la energía de un corpúsculo

E= ± c ~/ (mv)2+moc2 ; la de la teoría cuántica, admitiendo la existencia de energías negativas, prohibidas hasta entonces; y la de la Mecánica ondulatoria relativista con su interpretación correcta de las propiedades del electrón, previendo al positrón (o electrón positivo). Desde 1930, la teoría de Dirac no sólo sentaba tal predicción, sino que el encuentro o choque entre ambos no debía reducirse a una mera neutralización de sus cargas, sino a provocar su aniquilación, transformándose en un destello de radiación gamma (v. RADIACTIVIDAD). En general, partícula y antipartícula difieren por el signo de su carga y por su momento magnético; después del dualismo electrón-positrón, no han cesado de descubrirse nuevas parejas, sobre todo gracias a los gigantescos aceleradores de partículas (v.) (con el sincrociclotrón se obtuvieron los piones positivo y negativo, con el bevatrón los antiprotones y antineutrones, y con los reactores nucleares quedó fuera de toda duda la existencia del neutrino y antineutrino).

Puede decirse que desde hace un decenio fue adquiriendo consistencia la concepción de la a. y, por tanto, del antinúeleo, en cuyo centro radicarían los antiprotones y antineutrones, ligados por las fuerzas de canje (o intercambio) de los antedichos piones; envolviendo a este antinúeleo negativo, gravitarían los antielectrones, creando a su alrededor una atmósfera de electricidad positiva. Este antiátomo, ¿corresponde a una realidad?, o, en otros términos, ¿puede existir la a.? Desde luego, una manera de asegurarse de ello sería proceder a crearla, pero no es cosa fácil, ya que requiere el empleo de temperaturas altísimas, de las que no se dispone corrientemente y aun sólo durante brevísimo tiempo. Para formar un núcleo de helio, no basta con disponer de dos protones y de dos neutrones (o de cuatro protones y dos electrones), pues además hay que asegurar su soldadura o fusión, es decir, que la reacción se produzca y, como acabamos de indicar, para ello es necesaria una temperatura del orden de la que reina en el interior del Sol, es decir, de algunos millones de grados. Esta formación del núcleo de helio a partir de los cuatro protones se considera como el resultado de un ciclo de reacciones, liberador de energía considerable (ciclo de Bethe), en cuyos detalles no podemos entrar.

Aquellas fantásticas temperaturas son las que reinan en muchas estrellas, en las que seguramente tienen lugar un gran número de reacciones a partir de partículas elementales; actualmente no dispone el hombre para ello más que de las explosiones atómicas (bomba de H), aparte de las descargas eléctricas de elevadísima intensidad y adoptando precauciones especiales (confinamiento por potentes campos magnéticos de difícil realización) que no son del caso exponer aquí.

Dificultades experimentales. Es bien sabido cómo la materia que nos rodea puede edificarse a partir de sus elementos constitutivos (V. FISIÓN Y FUSIÓN NUCLEAR). ¿Podría construirse la a. de modo análogo? Si se pudiera conseguir que un antiprotón captara un electrón positivo, se tendría sin duda la imagen del antiátomo más sencillo, pero, ¿qué suerte le aguardaría a este antihidrógeno? Nuestros laboratorios, nuestro mundo terrestre, está constituido por materia ordinaria y bien sabemos que la propiedad fundamental de las antipartículas es aniquilarse con las partículas gemelas. ¿Cómo arreglarse para que el positrón del antihidrógeno no entre en contacto con cualquier electrón negativo libre (que tanto abundan) o combinado de nuestra materia? ¿Cómo proteger el antihidrógeno para realizar, a partir del mismo, la síntesis del antihelio? En una palabra, ¿cómo podría experimentarse con la a.? Si bien ésta hasta ahora no ha podido ser revelada por ninguna observación telescópica en ninguna región del espacio sidéreo, nada se opone a que puedan existir estrellas, galaxias, etc., constituidas por ella, aunque bien sabemos que la coexistencia de los dos tipos de materia constituye una hipótesis insostenible.

El ambiplasma. El físico sueco H. Alfven ha propuesto la teoría de que el origen del Universo fue lo que denomina un tenue ambiplasma compuesto de materia y a., es decir, un gas constituido por protones, electrones, antiprotones y positrones, sometidos a las fuerzas de autogravitación y eléctricas y magnéticas. Si la constitución del ambiplasma fuera simétrica, estas fuerzas lo subdividirían en clases de regiones, una exclusivamente de materia, otra de a. sola y otra intermedia de ambiplasma separando a’ las otras dos. Las regiones con el mismo contenido se atraerían mutuamente y repelerían a las de contenido contrario; por tanto, se formarían regiones cada vez mayores de materia y a.

La mentada región intermedia actuaría como la que se forma entre las gotas de un líquido y una superficie a alta temperatura, constituida por vapor de este último, que se aísla de aquella superficie (Leidenfrost en alemán). En la analogía plasmática, en la capa intermedia entre materia y a., las aniquilaciones entre partículas contrarias han de producir una capa a muy alta temperatura que debe actuar de modo análogo al Leidenfrost, manteniendo separadas las dos regiones de naturaleza antitética.

Ahora bien, si el Universo está constituido por dos mitades, respectivamente, de materia y a., ¿dónde ha concentrado esta última el proceso separador de ambas? La experiencia demuestra que en las inmediaciones de la Tierra existe sólo materia y que los cohetes y sondas espaciales que han chocado con la Luna no han dado lugar a explosiones violentas; asimismo, la radiación cósmica (v. RAYOS Cósmicos) que continuamente nos está bombardeando, lleva a la conclusión de que prácticamente no existe a. entre nosotros y las más próximas estrellas (aunque ello no sea tan evidente para mayores distancias de las que están situadas estas últimas).

Siendo imposible afirmar si una determinada radiación electromagnética procede de la materia o de la a. (puesto que no conocemos la orientación de los campos magnéticos que pueden existir en las proximidades de las estrellas muy distantes), toda segunda estrella de la galaxia pudiera estar constituida por a. Podría ocurrir muy bien que los brazos alternados de una galaxia espiral estuvieran constituidos por materia y a. respectivamente. En la teoría de Alfven es incluso compatible que nuestra galaxia sea totalmente de materia, en cuyo caso la a. residiría concentrada en otras galaxias y la división entre galaxias y antigalaxias sería de una a una. Es más, podría incluso ocurrir’ que todas las galaxias estuvieran constituidas por materia, formando un sistema que Alfven (siguiendo la sugerencia de Oskar Klein) denomina metagalaxia, siendo concebible la existencia de otras metagalaxias de a.

De acuerdo con la teoría que nos ocupa, una metagalaxia debe condensarse hasta que fuerzas disruptivas lleguen a contrarrestar las de cohesión, de modo que en estas condiciones posee volumen y densidad finitas, y así puede ya iniciar su carrera espacial. Por consiguiente, según esta concepción no es el Universo el que se expansiona, sino nuestra propia galaxia, que se nos aparece ahora, después de haber ya pasado su época de transición, desarrollando su fase expansiva. Ello es posible de acuerdo con las ecuaciones dinámicas de la teoría de Alfven; desde luego, cualquier otra metagalaxia que estuviera en fase expansiva debe comportarse análogamente a la nuestra. Una de las pruebas de la propia teoría sería la de la evidencia de una metagalaxia en condensación.

El prof. Alfven ha tratado de determinar si la evidencia de la existencia de estos hechos, podría ser suministrada por los sistemas que postula. Supone, en efecto, que un ambiplasma debe emitir radiaciones fotónicas de diversas energías, como consecuencia de los procesos de aniquilación y sincrotrónico. Si se dan las condiciones adecuadas de densidad y de campo magnético, alguna de las radiaciones sincrotrónicas deben ser suficientemente intensas para poder ser observadas. En cambio, confía menos en la posibilidad de poder observar una metagalaxia en condensación, puesto que tal sistema ha de ser muy oscuro, ya que puede reabsorber toda la radiación que produce; pero aunque así no fuera, la cantidad de la misma que podría escapar sería muy pequeña y débil. V. t.: PARTÍCULAS ELEMENTALES.

J. BALTÁ ELÍAS.

BIBL.: J. CATALÁ DE ALEMANY, Física General, Valencia 1961, 890-91; M. DuQUESNE, Matiére et antimatiére, París 1958; H. ALFVEN, Antimatter and the development of Metagalaxy, "Rev. of Modern Physics" 37, no 4 (1965), 652.