"Biografía de la física".- George Gamow (1904-1968)

   

VII.- La ley de los cuanta

Antimateria

 "Después del descubrimiento de los electrones positivos, los físicos pensaron en la posibilidad de protones negativos que estuvieran en la misma relación con los protones positivos ordinarios que los positrones con los electrones. Pero como los protones son casi dos mil veces más pesados que los electrones, su producción requeriría energías de hasta varios miles de millones de electrovoltios. Así comenzó una serie de ambiciosos proyectos para construir aceleradores de partículas que pudieran suministrar esa cantidad de energía a los proyectiles nucleares, y en los Estados Unidos se puso la piedra angular para dos de estos superaceleradores: un bevatrón en el Laboratorio de Radiación de la Universidad de California, en Berkeley, y un cosmotrón en el Laboratorio Nacional de Brookhaven en Long Island (N.Y.). La carrera fue ganada por los físicos de la costa Oeste, Emilio Segré, O. Chamberlain y otros que anunciaron, en octubre de 1955, que habían observado protones negativos emitidos por blancos bombardeados mediante proyectiles  atómicos con 6'2 (mil millones de electrovoltios).

 La dificultad primordial para observar los protones negativos formados en el blanco bombardeado era que se esperaba que estos protones fueran acompañados de decenas de miles de otras partículas (mesones pesados) formadas durante el impacto. Así, los protones negativos habían de ser filtrados y separados de todas las demás partículas acompañantes. Esto se consiguió mediante un complicado "laberinto", constituido por campos magnéticos, estrechas ranuras a través de las cuales únicamente podían pasar las partículas que poseyeran las propiedades esperadas de los antiprotones. Cuando el enjambre de partículas procedentes del blanco (situado en el haz bombardeante del bevatrón) pasaba a través de este "laberinto" se esperaba que únicamente llegaran a su extremo opuesto los protones negativos. Cuando la máquina comenzó a funcionar los cuatro experimentadores vieron con satisfacción a las partículas rápidamente salir a razón de una cada seis minutos por la abertura posterior. Como demostraron experimentos posteriores, las partículas eran genuinos protones negativos formados en el blanco bombardeado por el haz de elevada energía del bevatrón. Se vio que su masa tenía el valor de 1840 masas de electrón, que es precisamente la masa de un protón positivo ordinario.

 Lo mismo que los electrones positivos producidos artificialmente son aniquilados cuando pasan a través de una materia corriente que contiene una multitud de electrones negativos ordinarios, se esperaba que los protones negativos fueran aniquilados al encontrar protones positivos en los núcleos atómicos con que chocan. Como la energía implicada en el proceso de aniquilación protón-antiprotón excede, por un factor de casi dos mil, la energía implicada en una colisión electrón-antielectrón, el proceso de aniquilación se realiza con mucha más violencia resultando una "estrella" formada por muchas partículas expulsadas.

 La prueba de la existencia de protones negativos representa un excelente ejemplo de comprobación experimental de una predicción teórica relativa a las propiedades de la materia, aunque en la época en que fue formulada la teoría pudo haber parecido increíble. Fue seguida, en el otoño de 1956, por el descubrimiento de los antineutrones, es decir, partículas que están en la misma relación con los neutrones ordinarios que los protones negativos con los positivos. Como en este caso falta la carga eléctrica, la diferencia entre neutrones y antineutrones puede ser observada únicamente sobre la base de la capacidad de aniquilarse mutuamente.

 Como los protones, neutrones y electrones que forman los átomos de la materia ordinaria pueden existir en esos antiestados, podemos pensar en una antimateria formada por esas partículas. Todas las propiedades físicas y químicas de la antimateria deben ser las mismas que las de la materia ordinaria, y la única manera de decir que dos piedras son anti, una respecto a la otra, es ponerlas juntas. Si no ocurre nada es que son de la misma clase de materia; si se aniquilan en una tremenda explosión son "anti".

 La posible existencia de la antimateria plantea tremendos problemas a la astronomía y la cosmología. Toda la materia que hay en el Universo, ¿es de la misma clase o hay trozos de nuestra clase de materia y de antimateria esparcidos irregularmente por el espacio infinito? Hay razones muy fuertes de que, dentro de nuestro sistema estelar de la Vía Láctea, toda la materia es del mismo género. En efecto, si no fuera así, el proceso de aniquilación entre las estrellas y la difusa materia interestelar produciría una fuerte radiación observable. Pero nuestro vecino más cercano en el espacio es la gran Nebulosa de Andrómeda y los cientos de millones de otras galaxias estelares desparramadas por el espacio dentro del alcance del telescopio de 200 pulgadas del Observatorio de Monte Palomar ¿están formadas por el mismo género de materia o tenemos allí una mezcla por mitades iguales? Si toda la materia del Universo es de la misma clase, ¿por qué es así? Y si es en parte materia ordinaria y en parte antimateria, ¿cómo estas dos fracciones que se excluyen mutuamente se han separado una de otra? Nosotros carecemos de respuestas a cualquiera de estas cuestiones y únicamente podemos esperar que las futuras generaciones de físicos y astrónomos sean capaces de resolver el misterio".