ELECTRICIDAD Y ESAS COSAS
Capítulo 38

ANTIMATERIA.
 

Autor:

Ing. Víctor Cires
 Gavidia

Octubre, 2003

E

n alguna parte dije que es a los matemáticos a quienes debemos los últimos avances de la Ciencia.
Parece ser que el proceso de pensar en una forma abstracta como lo requiere el mundo de las matemáticas, sin imaginarse objetos o acciones concretas, es lo que está más

de acuerdo con la "realidad" del mundo físico.
Creo que a la mayoría (por lo menos a mí), nos es muy difícil, si no imposible, imaginarnos algo sin crear una imagen concreta de ese algo.
El concepto matemático es totalmente abstracto, no necesitan imaginarse nada para crear relaciones lógicas y sus consecuencias por absurdas que nos puedan parecer.
Así sucedió con los agujeros negros derivados de la teoría de la relatividad llevada al extremo cuando el campo gravitacional, deformación del espacio-tiempo, se hace tan grande, que el tiempo se hace negativo y que a cierta distancia de su centro, exista una esfera (event horizon), donde el tiempo es cero.
Para mí es muy difícil concebir que para un fotón, que viaja a la velocidad de la luz, el tiempo es cero, ¿quiere decir que nunca ha existido? o ¿que siempre ha existido?
La misma palabra existir, pierde su concepto.
A los matemáticos, no les preocupan las implicaciones filosóficas, ellos manejan sus ecuaciones en una forma lógica y sacan sus conclusiones.
Así le sucedió a Pablo Dirac, desafortunadamente (para mí), tenemos que meternos con algo de matemáticas; resulta que cuando Dirac se puso a analizar la famosa ecuación de Einstein

                                            E = mc2,

Ecuación que en sus términos más generales es:

                                        E2 = m2c4+ p2c2,

Donde cada uno de sus términos significa lo siguiente:
E es la energía de una partícula.
m su masa.
c la velocidad de la luz.
p el momento lineal de la partícula, o sea la energía cinética que la partícula lleva en su movimiento.
Si no queremos considerar la energía de movimiento de  la  partícula, sino solamente la energía debida a su masa, la ecuación se reduce a

                                         E2 = m2c4.

Los matemáticos le llaman a ésta, una ecuación cuadrada y para resolverla tienen que sacar la raíz cuadrada de la misma.
Por ejemplo 2 al cuadrado es igual a 4, es decir 2 x 2 = 4, o sea (+2) x (+2) = 4; pero también (-2) al cuadrado es igual a 4, o sea  (-2) x (-2) = 4.
O sea que la ecuación E2 = m2c4, tiene dos soluciones.

Una es  E = (+m)c2  y la otra  es  E = (-m)c2.

El cuadrado de la velocidad de la luz es siempre un número positivo, pero en la solución de dicha ecuación, m (la masa de la partícula), puede ser positiva o negativa.
Einstein no consideró la posibilidad de una masa negativa, pero Dirac dijo, si la ecuación tiene también una solución de una masa negativa o sea de una "antimateria", ésta debe existir.
De acuerdo con la mecánica cuántica, la mínima cantidad de energía que puede tener un electrón orbital es cuando caiga a la primera órbita (órbita de mínima energía).
Pero, ¿por qué no caen a una órbita de energía negativa?, la órbita de energía negativa máxima tiene aún menos energía que la órbita de mínima energía positiva.
En otras palabras la pregunta es ¿por qué los electrones de la órbita de energía mínima no caen a una órbita de energía negativa y desaparecen?
La respuesta estaba en el principio de exclusión de Pauli: los electrones son fermiones (¿recuerdan?, partículas complementarias de las cuales sólo una puede ocupar un estado de energía).
La conclusión es que: ¡los electrones no pueden caer a estados de energía negativa, porque estos estados están llenos!
Esto quiere decir que el espacio "vacío", está lleno de electrones de energía negativa.
¿Qué les parece?
Así como podemos hacer brincar a un electrón de una órbita de menos energía a otra de más energía, dándole la energía necesaria para hacerlo, es posible, dijo Dirac, que si le damos la suficiente energía a un electrón de energía negativa (que se supone está en el espacio "vacío"), éste aparecerá en el mundo real (de energía positiva).
Para pasar del estado de -mc2 al estado de +mc2 necesita 2mc2 de energía.

Para la masa del electrón, esto representa una energía de 1 MeV (medida de energía), cantidad de energía que se puede obtener en los aceleradores de partículas, en los procesos de reacciones atómicas o de los rayos cósmicos.
Cuando tratamos con electrones y átomos, las unidades de energía que utilizamos comúnmente, son demasiado grandes.
Para ello inventaron en 1912 una unidad de energía llamada electrón-volt o eV.
Un eV es la energía que recibe un electrón al ser acelerado por un campo de un volt.
Para darnos una idea, un watt (unidad de potencia) es un joule por segundo, entonces 1 eV equivale a 1,6 x 10-19. o sea 0.... (19 ceros). 16 joules.
Un foco ordinario de 100 watts, consume energía a razón de 6.24 cientos de millones de trillones de eV por segundo.
Se necesitan 13.6 eV para sacar el electrón orbital de un átomo de hidrógeno, pero los aceleradores de partículas producen varios millones de eV por seg. o MeV.
Al sacar al mundo real un electrón, proveniente del espacio vacío, lleno de energía negativa, quedará en ese espacio vacío un hueco, que se comportará en el mundo real como una partícula con carga igual a la del electrón pero opuesta y con masa igual a la del electrón pero opuesta, es decir un electrón de carga eléctrica positiva y de masa negativa, es decir de antimateria.
Estas partículas ya se habían descubierto, Carlos Anderson las había encontrado en 1932 y se habían bautizado con el nombre de positrones.
Estas partículas son de vida efímera, pues al chocar con un electrón desaparecen (desaparecen los dos, el electrón y el positrón) y del choque se desprende energía 2mc2.
Desaparecen los dos, pues el electrón negativo, de masa positiva, "real", ocupa el "hueco" que representa el positrón, electrón de carga positiva y masa negativa o antimateria; las cargas eléctricas se anulan y las masas positiva y negativa, se anulan.
Al caer el electrón de un estado de energía positiva, aunque ésta sea mínima, a un estado de energía negativa (la del hueco o positrón), se deberá desprender la diferencia de energía.
Esto de que uno sea "real" y el otro no, es pura palabrería (son puras habladas), pues tan real o verdadero son el uno como el otro.
Entendiendo el mecanismo, los científicos se dieron a la tarea en los aceleradores de partículas de producir partículas de antimateria y así produjeron antiprotones y antineutrones, naturalmente todos de vida efímera, que al desaparecer, producen energía.
Si apenas estamos iniciándonos en estos conocimientos y lo poco que hemos aprendido ha traído como consecuencias prácticas las computadoras, los rayos láser, las parabólicas, etc. es de esperarse que estos niños de hoy equipados con estos nuevos conocimientos partan de donde hemos llegado y los apliquen para bien de la humanidad.
Quien sabe que maravillas técnicas nos traiga el futuro de las aplicaciones que los niños de hoy, equipados con estos conocimientos efectúen.
El campo de investigación se abre en todas direcciones, para cada pregunta que tiene alguna respuesta, surgen otras muchas que necesitan explicación, tal parece que mientras más vamos sabiendo, más nos damos cuenta de nuestra ignorancia.
El hombre de la edad de piedra en su ignorancia absoluta se debe haber sentido amo y señor, dominando a sus enemigos a garrotazos, pero sobrecogido de miedo ante los fenómenos de la naturaleza.
Si algo nos debe traer el conocimiento es la humildad, ya no nos podemos sentir el centro del Universo, pero este mismo conocimiento crea en nosotros una armonía con la Naturaleza, la propia función de nuestro cerebro justifica su existencia.
Ustedes perdonarán estas digresiones, pero si no podemos llegar a saber que son "la electricidad y esas cosas", por lo menos que la búsqueda del saberlo nos proporcione satisfacción y regocijo.
En resumidas cuentas, ni lo sé, ni lo llegaré a saber, ¡Ah!, pero ¡cómo me divierto!

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Última revisión: Domingo, 19 Noviembre 2006.