¿Cuánta antimateria hay en la Tierra?

La antimateria es la sustancia más cara y escasa que somos capaces de producir los humanos. A pesar de que se utiliza en medicina, para diagnosticar cánceres, no disponemos de gran cantidad de antipartículas en la Tierra.

La antimateria es considerada como la sustancia más rara y escasa que somos capaces de producir los seres humanos. Y sin embargo la conocemos desde hace casi un siglo y tiene usos en medicina. Este tipo de materia a veces se explica rodeado de cierto misterio. En multitud de obras de ficción, tanto por escrito como en pantalla, se le asignan propiedades místicas, casi mágicas, cuando la realidad no podría estar más lejos de esto. La antimateria es en el fondo idéntica a la materia a la que estamos acostumbrados, pero tiene valores opuestos para sus cargas. Es decir, si un positrón tiene una determinada masa, un espín y una carga eléctrica, el positrón, su antipartícula, tendrá exactamente la misma masa, el mismo espín pero carga eléctrica opuesta. Concretamente el electrón tiene carga eléctrica negativa y el positrón positiva (de ahí su nombre).

La existencia de la antimateria se predijo antes de ser descubierta. Los desarrollos teóricos del físico británico Paul Dirac le llevaron a formular una ecuación que describía a los electrones y a otras partículas de propiedades similares (los fermiones) aunando los fundamentos de la mecánica cuántica y la relatividad especial. Esto supuso un avance importante desde la más conocida ecuación de Schrödinger, que era una ecuación cuántica, pues describía los electrones como ondas de materia, pero no relativista. La ecuación de Dirac era tan potente que hacía una predicción: debía existir una contrapartida a las partículas conocidas. Debía existir una partícula con igual masa pero cargas opuestas. Él propuso su ecuación en 1928 y apenas cuatro años más tarde, en 1932, se observaría por primera vez un positrón en el laboratorio.

Sin embargo este positrón no había sido creado artificialmente, sino que provenía de la radiación natural que bombardea nuestra atmósfera constantemente, lo que se conocen como rayos cósmicos. Éstos provienen del Sol o incluso de astros más allá de nuestro propio sistema solar y consisten principalmente de protones y otros núcleos atómicos no muy pesados. Estas partículas alcanzan la atmósfera de la Tierra a velocidades muy próximas a las de la luz y llevan tanta energía que al chocar con alguno de los átomos de la atmósfera son capaces de provocar una auténtica lluvia de partículas nuevas, principalmente muones y piones. Algunos piones más tarde pueden decaer en pares electrón-positrón.

A lo largo del siglo XX se fue desarrollando la tecnología que hace posibles los aceleradores de partículas que manejamos en la actualidad. En 1955 el italiano Emilio Segré y el estadounidense Owen Chamberlain observaron antiprotones por primera vez entre las partículas producidas durante las colisiones del acelerador Bevatrón, en Berkeley. Un año después el equipo de Bruce Cork descubrió el antineutrón. Pero estas partículas no podían contenerse, simplemente se creaban y se aniquilaban poco tiempo después, dejando su huella en los detectores. Alrededor de 1965 Antonino Zichichi anunció haber detectado núcleos de antideuterio en el CERN, que contenían un antiprotón y un antineutrón formando un núcleo atómico.

En la década de los 90 se crearon en el CERN alrededor de 100 átomos de antihidrógeno, consistentes en un antiprotón en el núcleo con un positrón orbitando a su alrededor. Sin embargo estos antiátomos tenían demasiada energía y no podían contenerse. Las técnicas necesarias para ralentizar y enfriar las muestras de antimateria creada fueron refinándose en los siguientes años y con el inicio del siglo XXI. En 2010 la colaboración ALPHA, en el CERN, anunció que había conseguido atrapar 38 átomos de antihidrógeno durante un sexto de segundo. Al año siguiente consiguieron destrozar este logro atrapando 309 átomos de antihidrógeno, algunos de ellos durante aproximadamente 1000 segundos o casi 17 minutos. Al tratarse de materia eléctricamente neutra su contención es más difícil. Antiprotones, cargados eléctricamente, se han podido almacenar durante 405 días seguidos.

Por tanto la respuesta a la pregunta que da título a este artículo sería que poca, poquísima. De hecho la mayor parte del tiempo podemos decir que no hay nada de antimateria en la Tierra, al menos no creada artificialmente. La antimateria creada por las colisiones de rayos cósmicos o los antineutrinos que atraviesen la Tierra en un momento concreto no supondrá ni una mínima fracción de gramo probablemente, además de que no podemos utilizarla de ninguna forma.

El propio CERN estima que al ritmo que somos capaces de producir antiprotones actualmente, tardaríamos alrededor de cien mil millones de años en producir un gramo de antimateria. Pero el principal problema estaría en almacenarla. La antimateria no podemos almacenarla en un contender normal de materia pues la antimateria reacciona con la materia en cuanto entra en contacto con ella. Cuando un electrón y un positrón, o un protón y un antiprotón, se encuentran, se aniquilan dando lugar a una intensa lluvia de partículas. Los electrones y positrones forman emiten intensos rayos gamma, luz increíblemente energética. Los protones y antiprotones emiten piones que a su vez se aniquilan y decaen en más fotones o muones. 

La antimateria cargada eléctricamente, como positrones o antiprotones, puede contenerse utilizando una combinación de campos eléctricos y magnéticos, en lo que se conoce como una trampa de Penning. Sin embargo este mecanismo no puede almacenar átomos neutros de antimateria o antineutrones. Para estas antipartículas se utiliza lo que se conoce como trampas atómicas. Pequeñas partículas también pueden contenerse con unas pinzas ópticas.

A pesar de esta dificultad para crear y almacenar antimateria, los positrones tienen utilidad en medicina, en el diagnóstico de cáncer. En este caso al paciente no se le inyectan positrones, ni siquiera se le irradian, sino que se le inyecta una muestra de un material radiactivo que, al decaer, emite positrones. Concretamente uno de los protones del núcleo de dicho átomo radiactivo se transforma en un neutrón, emitiendo un positrón y un neutrino en el proceso. Estos positrones entonces interaccionan con la materia, emitiendo radiación que puede detectarse para crear una imagen de la región deseada.