La antimateria rebota en la materia

El detector OBELIX observó aniquilaciones de materia-antimateria cuando un antiprotón se encontraba dentro de un gas. Aproximadamente un cuarto de los antiprotones que alcanzaban un muro rebotaban, de acuerdo con un nuevo análisis, gracias a su menores energía.

Como saben los aficionados a la ciencia-ficción y las novelas de Dan Brown, el encuentro entre materia y antimateria está acompañada de una destructiva liberación de energía y la muerte de ambas partículas. No obstante, en el ejemplar de agosto de Physical Review A, un equipo de investigadores italianos informa que una buena fracción de un chorro antimateria de baja energía dirigido contra un muro de material normal rebotaba. El resultado, basado en un nuevo análisis de datos de 12 años de antigüedad, es sorprendente incluso para la mayoría de físicos pero se explica mediante algunos principios que aparecen en libros de texto básicos.

El grupo italiano es parte de la colaboración OBELIX, la cual tomó sus datos del CERN, el laboratorio europeo de física de partículas, desde 1990 a 1996. El experimento OBELIX se diseñó para estudiar las propiedades de los antiprotones de baja energía (movimiento lento, 1-10 kilo-electrónvoltios) y cómo se combinan con la materia normal para producir estados atómicos exóticos. Los antiprotones se dirigieron a través del eje de la configuración de OBELIX, el cual contenía en su centro un cilindro de aluminio de 75 centímetros de longitud y 25 centímetros de diámetro. El cilindro estaba lleno con una pequeña cantidad de gas de hidrógeno o helio. Cuando uno de los antiprotones se encuentra con una molécula de gas y se aniquila con uno de los protones de las moléculas, los detectores captan las nuevas partículas producidas, permitiendo al equipo observar cada evento de aniquilación en el espacio y tiempo.

Desde 2004, una extraña característica de la aniquilación había estado desconcertando a Andrea Bianconi, del Instituto Nacional de Física Nuclear de Italia (INFN) y la Universidad de Brescia, así como a otros colegas. Los eventos de aniquilación se dividían en dos grupos. El grupo principal estaba representado por los antiprotones capturados y aniquilados por las moléculas de gas conforme las partículas viajaban a lo largo del cilindro. No obstante, no pudieron encontrar explicación a un segundo grupo de aniquilaciones, las cuales ocurrían ligeramente después en el tiempo.

Ahora, Bianconi y su equipo informan que han resuelto el misterio modelando la presencia del muro final de aluminio del cilindro. Han hallado que, en lugar de aniquilarse instantáneamente cuando impactan contra el muro, aproximadamente un cuarto de los antiprotones de baja energía que impactan con el muro se reflejan y viajan de vuelta hacia el gas, donde posteriormente se aniquilan.

La clave de esta inusual reflexión es la física que podemos encontrar en los libros de texto conocida como dispersión Rutherford. Cuando una partícula cargada se dispara hacia un átomo estacionario, el núcleo cargado positivamente puede desviarla de su curso, pero sólo si la partícula se mueve relativamente lenta. Un antiprotón de movimiento rápido que impacto en una superficie sólida volaría atravesando la mayor parte de los átomos, dejando atrás sus diminutos núcleos, hasta que finalmente encontrase un núcleo en un impacto directo de aniquilación. Pero un antiprotón de movimiento lento, como los del experimento OBELIX, son frecuentemente desviados por el empuje de cada núcleo, de tal forma que rebota como en un pinball, tal vez de 50 a 100 veces en un espacio de 5 a 10 nanómetros de la superficie del muro. Finalmente, “olvida” la dirección en la que iba y tiene una buena opción de saltar hacia atrás (aunque también puede quedar aniquilado en algún lugar del muro).

Bianconi y sus colegas explican el efecto en términos de probabilidad de que un antiprotón quede cerca de un núcleo, el cual es 100 000 veces más pequeño que un átomo. “A la escala de distancia del radio nuclear, es adecuado considerar a los antiprotones como ‘partículas destructivas’”, escribe el equipo. Sin embargo, “la probabilidad de encontrarse a una distancia tan pequeña del núcleo es de varios órdenes de magnitud menores que la probabilidad de ser desviado”.

Ryugo Hayano, experto en interacciones de antimateria de baja energía en el CERN, cree que el resultado, aunque bastante sorprendente al principio, es sólido. “La gente no se da cuenta de cosas tan obvias hasta que no te encuentras de verdad con el fenómeno y piensas concienzudamente sobre él”, dice.


Autor: Michelangelo D’Agostino
Fecha Original: 11 de agosto de 2008
Enlace Original

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Comments (15)

  1. Chusete

    Hay una cosa que no entiendo… ¿no se supone que los antiprotones tienen la misma masa del protón, pero carga contraria, es decir, -1? Entonces, ¿cómo es posible que un núcleo de materia, que está cargado positivamente, pueda desviarlos o hacerlos rebotar hacia atrás? ¿No debería ser al revés, es decir, que los núcleos de materia normal los atrajesen?

  2. SIGRESMAN

    Imaginatelo como un asteroide que se acerca a la tierra, si el asteroide va en linea de colisión o pasa muy cerca de esta, indudablemente como existe atracción entre ambos cuerpos se produce el choque y en el caso del antiproton la aniquilación. Pero si pasa suficientemente lejos, que es mas probable que una ruta directa de colisión, la atracción de la tierra sobre el asteriode lo que hace es desviar su trayectoria, de hecho esto se utiliza mucho en las sondas espaciales para aumentar su velocidad, así que en nuestro caso y sumando el efecto de varias desviaciones se observa un rebote en la pared de los antiprotones.

  3. Chusete

    @ SIGRESMAN:
    Gracias por la respuesta :) Intuitivamente parece que la única forma de interacción es la atracción directa, pero si lo comparamos con tu ejemplo, ya lo tengo claro. Gracias!

  4. La antimateria rebota en la materia…

    Como saben los aficionados a la ciencia-ficción y las novelas de Dan Brown, el encuentro entre materia y antimateria está acompañada de una destructiva liberación de energía y la muerte de ambas partículas. No obstante, en el ejemplar de agosto d…

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  6. ango

    Chusete, el antiprotón tiene la misma carga que el protón, es decir +1. Sólo que es de antimateria. Dos cargas +1 no pueden verse atraidas en la vida. Saludos.

  7. vaserqueno

    Lo siento, pero no, el antiprotón tiene una carga *opuesta* a la del protón.

  8. SIGRESMAN

    Sacado de la Wikipedia, o mirando en cualquier libro de Física:

    El antiprotón es la antipartícula del protón. Se conoce también como protón negativo. Se diferencia del protón en que su carga es negativa.

  9. Misterios electromagnéticos

    Sí, un antiprotón es negativo y un positrón positivo, como su nombre indica, pero un átomo “normal” (de materia ordinaria y sin ionizar) para empezar tiene una corteza electrónica que tiene una considerable repulsión electromagnética, del mismo signo que el antiprotón “pelado”. Por otro lado, a esas escalas ya se hacen notar las fuerzas nucleares débil y fuerte, que son muchísimo más fuertes que las electromagnéticas (pensad en cómo se mantienen unidos dentro de un núcleo todos los protones, por ejemplo).

  10. edu

    Entonces ¿un antiprotón seria algo asi como un electrón gigante? :-S

  11. [...] Detalles más a fondo en Ciencia Kanija. [...]

  12. ango

    Hola de nuevo, ya que citas a wikipedia: “An antiproton consists of two anti-up quarks and one anti-down quark (uud).”

    Los anti-quarks son quarks de antimateria.

    http://en.wikipedia.org/wiki/Antiproton

    • SIGRESMAN

      Exacto ango.
      Por eso dos anti quarks Up que tienen una carga (-2/3) y un anti quark down con carga (+1/3) resultado (-2/3)+(-2/3)+(+1/3) = (-1) una particula con masa igual a la del proton pero carga (-1).

  13. Claudio

    Para poder hablar de antimateria, lo primero que se precisa, es saber que es la materia, no vale decir que es equivalente a una energía, determinada por la ecuación de Einstein, se tiene que decir como es la estructura de la masa, para crear campos eléctrico, magnéticos o que no se cree campos. Una vez conocidas esta caracteristica, podremos hablar como se nos treansforma en energía y cual es el resultado de dicha transformación, entonces, sí que podremos comprender que es la antimateria, que es la carencia de masa, que es un ente, que tiene entidad propia con energía, que se puede desintegrar con otra partícula con masa. Para una mejor compresión de este problema, entrar en Internet y marcar en cualquier servidor la palabra cladín y a continuación su blog, y leer la teoría del cladín, donde seexplica como seforma la masa.

  14. Antonio

    ¿Se puede saber que relación tendría la antimateria con el desdoblamiento del tiempo?. Gracias

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