Arxiu del dijous, 20/01/2011

Antimatèria empaquetada

dijous, 20/01/2011

antihidrogen.jpg La natura presenta una interessant predilecció per fer les coses simètriques. Això encanta als físics, que es passen la vida buscant simetries i, encara millor, mirant de trobar fenòmens que trenquin la simetria. I un dels exemples més típics de simetries és l’antimatèria, que amb aquest nom semblaria una cosa estranyíssima, però que en realitat és ben simple.

Tot el que veiem al nostre voltant està fet per àtoms, els quals al seu torn estan fets per protons, amb càrrega positiva, neutrons, que no tenen càrrega, i electrons movent-se al voltant del nucli i que tenen càrrega negativa. Doncs l’antimatèria és el mateix, però amb les càrregues canviades. Els antiprotons són iguals que els protons, però amb càrrega negativa i els positrons són com els electrons però amb càrrega positiva. També hi ha antineutrons, que tenen alguna característica canviada (com ara que està fet per antiquarks enlloc de per quarks).

La característica que si que és espectacular de l’antimatèria és que no té bones relaciona amb la matèria. Si un protó topa amb un antiprotó es desintegren mútuament deixant anar una pila d’energia. De fet, les reaccions matèria-antimatèria són de les que alliberen més energia. En una reacció nuclear de les que estem acostumats a veure (bombes atòmiques, reactors nuclears) un petit percentatge de la matèria es transforma en energia. En canvi, en reaccions amb l’antimatèria és el total de la matèria la que s’allibera en forma d’energia.

Per això, l’antimatèria la podem intuir, la podem fabricar, però només dura una ínfima fracció de segon ja que de seguida topa amb matèria i s’aniquilen. Podem estudiar l’antimatèria només pel rastre que deixa al destruir-se, igual que si estudiéssim un camp de mines llençant-hi coses i mirant com exploten. No tenim temps de veure la mina, però per l’explosió podem deduir com era.

A més, tot i que podem fabricar antimatèria, surt molt cara. M’ha fet gràcia trobar que un mil·ligram d’antimatèria costa 60.000 milions de dòlars. I a sobre, es desintegraria immediatament!

I en realitat quan es diu que es fabrica antimatèria volem dir que han fabricat positrons o antiprotons. No han fet “coses” d’antimatèria. En realitat, la cosa més sofisticada que hem fabricat són àtoms d’antihidrogen. L’hidrogen normal és l’àtom més senzill que hi ha: consta d’un únic protó i d’un electró. Doncs l’antihidrogen es fa amb un antiprotó i un positró.

Fa uns anys en van poder fer uns quant milers d’aquests àtoms. Simplificant molt podríem imaginar que posaven un feix d’antiprotons a topar amb un de positrons i ocasionalment alguns interaccionaven i esdevenien un antihidrogen. Però com sempre, de seguida es desintegraven en reaccionar amb la matèria ordinària.

Però les coses comencen a canviar i fa poc, al CERN, van aconseguir per primera vegada fabricar antihidrogen i mantenir-lo durant un temps prou llarg com per començar a estudiar les seves característiques. Exactament van fer reaccionar deu milions d’antiprotons amb 70 milions de positrons i van aconseguir generar… 38 àtoms (de fet antiàtoms) que van durar un sisè de segon. Sembla poc però és una barbaritat per la física de partícules. La gràcia va ser mantenir-los atrapats en camps magnètics de manera que no es moguessin i no topessin amb matèria.

Caldrà millorar molt el rendiment, és clar. Però potser aviat podrem començar a veure reaccions químiques fetes amb antimatèria. La llauna és que per fer-les sense desintegrar-nos immediatament necessitaríem antireactius ficats en antiprobetes d’un antilaboratori.

Hi ha algun antiquímic a la sala?