La existencia de nuestro universo es un poco extraña según las leyes conocidas de la física. El problema es que la materia que constituye todo lo que vemos, desde galaxias hasta burros tiene un gemelo llamado antimateria. Tiene la misma masa pero carga eléctrica opuesta, y cuando la materia y la antimateria interactúan, se aniquilan y se convierten en energía pura. Hasta donde sabemos, son exactamente iguales, pero algo justo después del Big Bang favoreció un poco más la materia.
Así, el universo se volvió rico en materia y sólo queda una pequeña fracción de antimateria, producida en reacciones nucleares e interacciones de alta energía. El hecho de que el universo esté hecho de materia y no de antimateria es un importante problema sin resolver en física, algo que se está investigando en todo el mundo.
¿Qué es la antimateria?
Las partículas fundamentales o incluso las nucleares no son algo que experimentemos en la vida cotidiana, son demasiado pequeñas para sentirlas, pero las conocemos como conceptos. Tomemos, por ejemplo, el electrón. Es la partícula que recorre circuitos que transportan una corriente eléctrica y se mueve alrededor del núcleo en los átomos. Tiene una carga eléctrica que se supone convenientemente que es -1.
La teoría cuántica desarrollada por el físico Paul Dirac en 1929 sugería la existencia de dos versiones del electrón, una con carga positiva y otra con carga negativa. Fueron Robert Oppenheimer y Hermann Weyl quienes convencieron a Dirac de que el electrón cargado positivamente era una partícula real. Fue descubierto en 1932 por Carl David Anderson (aunque muchos otros físicos habían observado estas interacciones antes) y lo denominó positrón.
Cualquier partícula fundamental que esté cargada tiene su propia antipartícula. Incluso los neutros, sin carga eléctrica, podrían tener una versión de antimateria que difiere sólo por alguna propiedad cuántica. Entonces, por cada quark que forma los protones, hay antiquarks que forman los antiprotones. Al juntar un antiprotón con un positrón se obtiene antihidrógeno.
¿Qué tan común es la antimateria?
Desde unos instantes después del Big Bang, la antimateria se ha convertido en una bestia rara. Eso no significa que no exista en absoluto en la naturaleza. Los rayos cósmicos, la corriente de partículas cargadas del universo, tienen positrones y antiprotones (y tal vez incluso antipartículas más complejas), pero estos son una pequeña fracción mucho menos del 1 por ciento del flujo total de partículas.
Los positrones y antineutrinos se producen en determinadas desintegraciones radiactivas. Los positrones también se liberan durante la caída de algunos rayos y se descubrieron antiprotones en las bandas de radiación que rodean la Tierra, el cinturón de Van Allen.
Es una gota en el océano en comparación con la disponibilidad de materia. Cualquier interacción con la materia normal destruye la antimateria, liberando una energía considerable, algo que se considera una forma intrigante de viajar por el espacio a gran velocidad.
Usando antimateria para viajes espaciales
La propuesta de la NASA de un vehículo propulsado por antimateria se remonta a 1999. La idea sería hacer colisionar protones con antiprotones. La colisión produciría rayos gamma, una luz extremadamente energética, pero también otras partículas. La idea sería dirigir esas nuevas partículas hacia afuera, creando empuje. Y mucho de ello. Estiman que un motor de este tipo tendría un impulso específico (una medida de eficiencia) más de 200 veces mayor que el del transbordador espacial. Quizás más de 2.000 veces más.
No sería un motor de ciencia ficción que deforma el espacio-tiempo como en Star Trek, todavía utiliza el concepto de que cada acción tiene una reacción igual y opuesta. Pero la acción en este caso es grande. Suficiente para reducir significativamente el tiempo de viaje a través del Sistema Solar.
Si este motor es tan prometedor, ¿por qué no lo construimos? Bueno, hay muchos problemas que deben resolverse antes de que podamos construir un prototipo funcional.
El costo de la antimateria
Dado que la antimateria desaparece al entrar en contacto con la materia, es difícil de contener. El CERN tiene el récord de contención de antihidrógeno atrapándolo durante unos 17 minutos en 2011. Esa fue una contención para estudiar sus propiedades, nada más sofisticado que eso. Y la cantidad atrapada es pequeña, sólo 309 átomos.
Es difícil producir antimateria, lo que la convierte en la sustancia más cara jamás creada. En el motor de antimateria de la NASA se calcula que una milmillonésima parte de un gramo cuesta unos 62.500 dólares. El CERN estimó en 2008 que la producción real de una milmillonésima parte de un gramo costaba el equivalente a unos cientos de millones de dólares.
Por supuesto, si hubiera instalaciones dedicadas a producir antimateria, el costo bajaría, pero por ahora, ese es el cometido de experimentos complejos y altamente especializados.