En física  de partículas,   la antimateria es   la  extensión del   concepto de antipartícula a   la materia. Así, la antimateria es una forma de materia menos frecuente que está constituida por   antipartículas   en   contraposición   a   la   materia   común   que   está   compuesta departículas.1 2 3 Por   ejemplo,   un antielectrón (un electrón con   carga   positiva,   también llamado positrón)   y   un antiprotón (un protón con   carga   negativa)   podrían   formar   un átomo de antimateria, de la misma manera que un electrón y un protón forman un átomo de hidrógeno.  El  contacto entre materia  y antimateria ocasiona su aniquilación mutua, esto no significa su destrucción, sino una transformación que da lugar a fotones de alta energía, que producen rayos gamma, y otros pares partícula-antipartícula.

Notación

La partículas subatómicas de la antimateria tienen cargas opuestas a las partículas de la materia, 

en la imagen, protón, electrón y neutrón en ambas.

En   física   se   usa   una   barra   horizontal   o macrón para   diferenciar   las   partículas   de   las antipartículas:  por  ejemplo protón p y antiprotón p.  Para   los  átomos  de  antimateria   se emplea   la   misma   notación:   por   ejemplo,   si   el hidrógeno se   escribe H, el antihidrógeno será H.

¿Dónde está la antimateria?Las hipótesis científicas aceptadas suponen que en el origen del universo existían materia y   antimateria   en   iguales   proporciones.   Sin   embargo,   el   universo   que   observamos aparentemente  está  compuesto  únicamente  por  partículas  y  no  por  antipartículas.  Se desconocen   los  motivos   por   los   que   no   se   han   encontrado   grandes   estructuras   de antimateria en el universo. En física, el proceso por el que la cantidad de materia superó a la de antimateria se denomina bariogénesis, y baraja tres posibilidades:

Pequeño exceso de materia tras el Big Bang: Especula con que la materia que forma actualmente   el   universo   podría   ser   el   resultado   de   una   ligera   asimetría   en   las proporciones iniciales de ambas. Se ha calculado que la diferencia inicial entre materia y antimateria debió ser tan insignificante como de una partícula más de materia por cada diez mil millones de parejas partícula-antipartícula.

Asimetría CP: En 1967, Andréi Sájarov postuló por primera vez que las partículas y las antipartículas no tenían propiedades exactamente iguales o simétricas; una discusión denominada la Violación CP.4 Un reciente experimento en el acelerador KEK de Japón sugiere que esto quizás sea cierto,  y  que por tanto no es necesario un exceso de materia en el Big Bang: simplemente las leyes físicas que rigen el universo favorecen la supervivencia de la materia frente a la antimateria.5 En este mismo sentido, también se  ha   sugerido  que  quizás   la materia  oscura sea   la   causante  de   la  bariogénesis  al interactuar de distinta forma con la materia que con la antimateria.6

Existencia de galaxias de antimateria ligada por antigravedad: Muy pocos científicos confían en esta posibilidad, pero todavía no ha podido ser completamente descartada. Esta tercera opción plantea la hipótesis de que pueda haber regiones del universo compuestas de antimateria. Hasta la fecha no existe forma de distinguir entre materia y   antimateria   a   largas   distancias,   pues   su   comportamiento   y   propiedades   son indistinguibles.   Existen   argumentos   para   creer   que   esta   tercera   opción   es   muy improbable: la antimateria en forma de antipartículas se crea constantemente en el universo   en   las   colisiones   de   partículas   de   alta   energía,   como   por   ejemplo   con los rayos cósmicos. Sin embargo, estos son sucesos demasiado aislados como para que estas antipartículas puedan llegar a encontrarse y combinarse. La NASA ha enviado la sonda Alpha Magnetic Spectrometer (Espectrómetro  Magnético  Alpha)  para  buscar rastros   de   antimateria   más   compleja,7 que   pudiesen   indicar   que   todavía   existe antimateria  en el  universo.  Sin embargo  los  experimentos no han detectado nada hasta la fecha.

HistoriaLa 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.   Veintitrés   años   después,   en   1955, Emilio Segrèy Owen Chamberlain, en la Universidad de Berkeley, el antiprotón y antineutrón.4

Pero   la   primera   vez   que   se   pudo   hablar   propiamente   de antimateria,   es   decir,   de «materia» compuesta por antipartículas, fue en 1965, cuando dos equipos consiguieron crear un antideuterón,  una antipartícula compuesta por un antiprotón y un antineutrón. 

La   antipartícula   fue   lograda   en   el Acelerador Protón Sincrotrón del   CERN,   a   cargo de Antonino   Zichichi,   y   paralelamente   por Leon   Lederman,   en   el   acelerador   AGS (Alternating Gradient Synchrotron)   del Laboratorio  Nacional   de  Brookhaven,   en Nueva York.8

En   1995,   el CERN anunció   la   creación   de   nueve   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  . Este átomo constaba de dos protones, dos neutrones, un   electrón   y   un   antiprotón   en   lugar   del   segundo   electrón.   El   átomo   sobrevivió   15 millonésimas de segundo9

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  en el   interior  de  las   tormentas  eléctricas  y  asociados  directamente con  los relámpagos.10

El 17   de   noviembre 2010,   los   científicos   del CERN lograron   crear   38   átomos de antihidrógeno,   pudiendo   preservarlos   aproximadamente   en   un   sexto   de   segundo (172ms). Esto forma 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.

A   comienzos   de 2011 el   proyecto   ALPHA   logró   crear   más   de   300   átomos de antihidrógeno y  almacenarlos  durante  1000   segundos   (16  minutos  y  40   segundos), superando en 4 órdenes de magnitud el límite previo.11

Preservación]Este artículo o sección posee referencias, pero necesita más para complementar su verificabilidad.Puedes   colaborar   agregando   referencias   a fuentes   fiables como   se indica aquí.   El   material   sin   fuentes   fiables   podría   ser cuestionado   y eliminado.

La antimateria no puede ser preservada en un recipiente de materia ordinaria, porque al reaccionar   con   cualquier   partícula   de  materia   que   toca,   se   aniquila   a   si  misma.   La antimateria en forma de partícula cargada se puede contener por una combinación de un campo   eléctrico y   un campo   magnético,   en   un   dispositivo   llamado trampa   de Penning otrampa iónica. Este dispositivo no puede, sin embargo, contener la antimateria que se compone de partículas sin carga, para lo cual se utiliza una trampa atómica. En particular, una trampa de este tipo puede utilizar el momento (bien sea magnético o el de un dipolo eléctrico o ) para atrapar las partículas. En cámaras de vacío, las partículas de materia o de antimateria se pueden atrapar y enfriar con radiación láser ligeramente fuera de resonancia utilizando una trampa magneto-óptica o una trampa magnética (en el caso deátomos o partículas  sin  carga).  También podrían ser  suspendidas  con pinzas  ópticas, utilizando un haz de láser altamente enfocado,  aunque esto no asegure un método de preservación tan a "largo" plazo como los anteriormente descritos.[cita requerida]. En el 2011, científicos   del CERN lograron   preservar   algunos   cientos de átomos de antihidrógenodurante algo menos de 17 minutos (1000 segundos).12

Producción y costo de la antimateriaLa antimateria es la sustancia más cara del mundo, con un costo estimado de unos 62 500 millones   de USD el miligramo.13 14 La   producción   de   antimateria,   además   de   consumir enormes   cantidades  de  energía,   es  muy  poco  eficiente,   al   igual  que   la   capacidad  de almacenamiento, que ronda sólo el 1% de las partículas creadas. Además, debido a que la antimateria se aniquila al contacto con la materia, las condiciones de almacenamiento —confinamiento   mediante   campos   electromagnéticos—,   tienen   igualmente   un   costo elevado.

Otra estimación de su costo la dio el CERN, cuando dijo que había costado algunos cientos de millones de francos suizos la producción de una milmillonésima de gramo.15

Debido   a   esto,   algunos   estudios   de   la NASA plantean   recolectar   mediante   campos magnéticos   la   antimateria  que   se  genera  de   forma  natural   en   los Cinturones  de  Van Allen de la Tierra. Este cinturón, que se extiende desde unos pocos cientos a unos dos mil kilómetros sobre  la  Tierra constituye  la   fuente más abundante de antiprotones en  las proximidades   de   la   Tierra.   La   mayor   parte   de   los   antiprotones   provienen   de antineutrones, que se generan cuando los rayos cósmicos impactan las capas superiores de   la   atmósfera.   Los   antineutrones   salen   de   la   atmósfera,  mientras   los   antiprotones tienden a congregarse en varios cientos de kilómetros sobre la Tierra, donde la materia ordinaria  es   tan  escasa  que  es  poco  probable  que   se   reúnan  con   sus  homólogos  de partículas, protones y por tanto se destruyan al contacto.

También   otros   planetas,   incluyendo Júpiter, Saturno, Neptuno y Urano,   deben   tener cinturones   similares   de   antiprotones.   Saturno   puede   producir   la  mayor   cantidad   de antiprotones   por   las   interacciones   entre   los   rayos   cósmicos,   partículas   energéticas cargadas del espacio, y los anillos de hielo del planeta.16

Al mismo tiempo, se trabaja en mejorar la tecnología de almacenamiento de antimateria. El   Dr.  Masaki   Hori   ha   anunciado   un  método   de   confinamiento   de   antiprotones   por radiofrecuencia, lo que según sus palabras podría reducir el contenedor al tamaño de una papelera.17

En   noviembre   de   2008   la   doctora   Hui   Chen,   del Lawrence   Livermore   National Laboratory de Estados Unidos, anunció que ella y su equipo habrían creado positrones al hacer incidir un breve, aunque intenso, pulso láser a través de una lámina de oro blanco de   pocos   milímetros   de   espesor,   esto   habría ionizado al   material   y   acelerado sus electrones.   Los   electrones   acelerados   emitieron cuantos de energía,   que   al   decaer dieron lugar a partículas materiales, dando también como resultado positrones.18

Usos de la antimateria

Proyección artística de un cohete propulsado por antimateria.

Si bien la antimateria está lejos de ser considerada una opción por su abrumador costo y las   dificultades   tecnológicas   inherentes   a   su  manipulación,   las   antipartículas   sí   están encontrando usos prácticos: la tomografía por emisión de positrones es ya una realidad. También se investiga su uso en terapias contra el cáncer, ya que un estudio del CERN ha descubierto que los antiprotones son cuatro veces más efectivos que los protones en la destrucción   de   tejido   canceroso,19 y   se   especula   incluso   con   la   idea   de   diseñar microscopios   de   antimateria,   supuestamente   más   sensibles   que   los   de   materia ordinaria.20 Pero el mayor interés por la antimateria se centra en sus aplicaciones como combustible,   pues   la aniquilación de   una   partícula   con   una   antipartícula   genera   gran cantidad de  energía   según  la  ecuación  de Einstein E=mc² La  energía  generada  por  kilo (9×1016 J/kg),  es unas diez mil millones de veces mayor que la generada por reacciones químicas y diez mil veces mayor que la energía nuclear de fisión.21

Por  ejemplo,  se  estima que sólo serían necesarios  10 miligramos  de antimateria  para propulsar una nave a Marte.22

No obstante, hay que indicar que estas cifras no tienen en cuenta que aproximadamente el 50% de la energía se disipa en forma de emisión de neutrinos, por lo que en la práctica habría que reducir las cifras a la mitad.23

AntigravedadTodavía no se conoce el comportamiento de las antipartículas en un campo gravitatorio: esto se podría observar comprobando si un haz horizontal de positrones o de antiprotones provenientes de un acelerador se curva hacia arriba o hacia abajo en el campo gravitatorio de la Tierra, pero estas partículas producidas por colisiones se desplazan a velocidades próximas a la de la luz en el vacío, por lo que la curvatura a observar estaría en el orden de un diámetro nuclear por kilómetro de longitud del haz (0, 000 000 000 000 1 cm), y por ahora no es posible medir curvas tan pequeñas.

Si las antipartículas o la antimateria se movieran en sentido inverso a la materia común en un campo gravitatorio, se echaría por tierra el Principio de equivalencia y con él a lateoría general de la relatividad, aunque no otras teorías relativistas de la gravitación.24

Un   experimento   conceptual   por   el   que   se   verificaría   fácilmente   la   inexistencia   de antigravedad   es   que   la   gravedad   está   en   la  masa   y   no   en   la  materia   como   tal   (la antimateria es masa con cargas eléctricas opuestas), la masa está un nivel por debajo de la materia bariónica ordinaria —y la materia es masa con cargas eléctricas endógenas—; por tanto   y   porque  no  existe   antimasa  o   antiaglutinación  de  energía   (anticromodinámica gluónica) no puede existir de manera alguna una fuerza gravitatoria repulsiva para con la materia   fisicoquímica   conocida.   La   Ley   de Conservación   de   la   energía-momento, el Principio   de   equivalencia y   por   ende   la Teoría   General   de   la   Relatividad serían reafirmados tras esto, quedarían indemnes.