En el origen del universo existían materia y antimateria en iguales proporciones. La materia y la antimateria se aniquilan mutuamente, y así se crea energía pura, y sin embargo, en el universo que observamos solo hay materia. ¿Dónde fue a parar la antimateria?
Según las teorías actuales, por cada partícula de materia que existe en el Universo tiene que haber otra de antimateria, con igual masa pero con carga eléctrica opuesta. El problema es que cuando materia y antimateria entran en contacto, se aniquilan mutuamente. Lo cual da lugar a uno de los mayores misterios de la Física moderna: si durante el Big Bang se generó igual cantidad de materia que de antimateria, ¿por qué el Universo parece estar hecho por completo de materia ordinaria? ¿Dónde está la antimateria que falta?
Responder a estas preguntas es la misión de algunos de los mayores laboratorios de física del mundo, entre ellos el Colisionador de iones de Brookhaven (Relativistic Heavy Ion Collider, RHIC), del Departemento de Energía de USA. En su interior se simulan las condiciones que reinaban en el Universo justo después del Big Bang, justo en los instantes en los que debió de existir la misma cantidad de materia que de antimateria.
La ecuación de Dirac, formulada por Paul Dirac en 1928, predijo la existencia de antipartículas además de las partículas de materia ordinarias. Desde entonces, se han ido detectando experimentalmente muchas de dichas antipartículas: Carl D. Anderson, en el Caltech, descubrió el positrón en 1932. En 1955, Emilio Segrè y Owen Chamberlain, en la universidad de Berkeley, el antiprotón y antineutrón.
Pero la primera vez que se pudo hablar propiamente de antimateria fue en 1965, cuando 2 equipos consiguieron crear 1 antideuterón, antipartícula compuesta por 1 antiprotón y 1 antineutrón. La antipartícula fue lograda en el Acelerador Protón Sincrotrón del CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear), a cargo de Antonino Zichichi. En forma paralela, por Leon Lederman, en el acelerador AGS (Alternating Gradient Synchrotron) del Laboratorio Nacional de Brookhaven, en Nueva York.
En 1995, el CERN anunció la creación de 9 átomos de antihidrógeno en el experimento PS210, liderado por Walter Oelert y Mario Macri, y el Fermilab confirmó el hecho, anunciando poco después la creación a su vez de 100 átomos de antihidrógeno.
F. J Hartmann, de la Universidad Técnica de Múnich, y un equipo de investigadores japoneses informaron de la creación de un átomo compuesto de materia y antimateria llamado helio antiprotónico, que constaba de 2 protones, 2 neutrones, 1 electrón y 1 antiprotón en lugar del segundo electrón. El átomo sobrevivió 15 millonésimas de segundo.
El 17 de noviembre 2010, los científicos del CERN lograron crear 38 átomos de antihidrógeno, pudiendo preservarlos aproximadamente en un sexto de segundo (172ms), como parte del proyecto ALPHA que incluye físicos de la Universidad de California, de la Universidad de Berkeley y del Lawrence Berkeley National Laboratory.
El equipo de científicos demostró que, entre 10 millones de antiprotones y 700 millones de positrones, se lograron formar 38 átomos estables de antihidrógeno, los cuales, duraron alrededor de dos décimas de segundo cada uno.
El 14 de diciembre 2009, científicos de la NASA con la ayuda del telescopio espacial de rayos gamma Fermi, descubrieron rayos de antimateria producidos encima de tormentas eléctricas. El fenómeno es causado por ráfagas de rayos gamma terrestres (TGF) generadas al interior de las tormentas eléctricas y asociados directamente con los relámpagos.
Hace cerca de un año, los Físicos del Laboratorio Nacional de Brookhaven publicaron un artículo en el que describían el hallazgo de un extraño núcleo atómico. No estaba compuesto de materia ordinaria, sino de antimateria, y además incorporaba una extraña clase de quarks en lugar de los habituales 'arriba' y 'abajo' de los que todos estamos hechos.
Mayor partícula de antimateria obtenida en un laboratorio
Ahora, Brookhaven vuelve a estar de actualidad, ya que allí se acaba de producir un núcleo de anti helio 4, la mayor partícula de antimateria obtenida hasta ahora en un laboratorio. El ritmo al que estas antipartículas se generaban en el interior del colisionador de Brookhaven sugiere que muy pronto se podrán obtener núcleos de antimateria aún mayores.
Durante el experimento se efectuaron más de 1.000 millones de colisiones entre partículas. Colisiones durante las que se generaron cerca de medio billón de nuevas partículas, surgidas de la energía liberada en los impactos. Pero en 18 de esas colisiones los investigadores lograron detectar la firma única de núcleos de antihelio 4.
Un núcleo de Helio ordinario consta de 2 protones y 2 neutrones, cada uno de los cuales está a su vez formado por quarks. Como si de una imagen en el espejo se tratara, el núcleo de antihelio consta de 2 antiprotones y 2 antineutrones. Cuanto mayor y más pesada sea una partícula, más energía hay que invertir en el acelerador para que esa partícula se cree, como ha sido el caso, como consecuencia de una colisión.
"Es probable que el antihelio sea la partícula más pesada que se pueda ver en un acelerador durante bastante tiempo", asegura Xiangming Sun, de la Universidad de Berkeley y uno de los miembros del equipo de investigación que ha realizado el experimento.
"Después del antihelio -afirma el científico- el siguiente núcleo estable de antimateria sería el antilitio, cuya producción en un acelerador es dos millones de veces menos probable que la del antihelio".
Para buscar partículas aún más pesadas, la Ciencia cuenta con el AMS (Espectrómetro Magnético Alfa), un instrumento que el jueves 28/04 será llevado a la Estación Espacial Internacional en el último viaje del transbordador Endeavour. Con el AMS, los científicos esperan averiguar si "ahí fuera" existen estrellas, o incluso galaxias enteras, hechas exclusivamente de antimateria.
El nuevo hallazgo en Brookhaven servirá, también, para que el AMS afine sus instrumentos e intente localizar nubes de antihelio 4 en la inmensidad del espacio. Si lo consigue, demostraría que es posible la existencia de una gran cantidad de antimateria en nuestro propio Universo. Una antimateria que formaría sus propias estructuras independientes de las que están hechas de materia ordinaria.
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