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jueves, agosto 11, 2005

Ángeles y Demonios: Y por fin, la Antimateria

Hoy sí. Hoy toca la antimateria y cómo es tratada en el libro Ángeles y Demonios. Antes de empezar, conviene explicar qué demonios es la antimateria.

Como todos sabemos, toda la materia está formada por átomos. A su vez, los átomos están formados un núcleo de protones y neutrones, y electrones que dan vueltas alrededor de él. Existen además muchas otras partículas subatómicas, como el neutrino o la partícula Z de la que hablé hace un par de días. Las partículas subatómicas tienen una serie de propiedades de las que las más conocidas son la masa y carga eléctrica (que puede ser nula, como en el caso del neutrón). Pero tienen además otras propiedades algo menos conocidas por los profanos, y más "exóticas", con nombres bastante peculiares. Pues bien, por cada tipo partícula, existe (o puede existir) otra con la misma masa pero con el resto de propiedades de distinto signo (excepto el espín). Por ejemplo, el electrón tiene carga electrica negativa, y su antipartícula, el positrón (o antielectrón), tiene igual masa que el electrón, pero carga positiva.

La antimateria estaría formada entonces por antipartículas. Podemos imaginar un "antiátomo" formado por un núcleo de antiprotones y antineutrones, con positrones dando vueltas alrededor de él.

Lo interesante de todo esto es que cuando una partícula colisiona con su correspondiente antipartícula, se aniquilan mutuamente, emitiendo una cantidad de energía que viene dada por la conocidísima ecuación de Einstein E=mc2, donde E es la energía desprendida, m la masa de las partículas, y c la velocidad de la luz. Teniendo en cuenta que la velocidad de la luz es 300.000.000 m/s y que además está elevada al cuadrado, podemos ver que con una pequeña cantidad de masa se pueden conseguir cantidades increíbles de energía.

Empecemos ahora con las afirmaciones del libro. El primer gran error es la motivación que tiene el asesinado padre de Vittoria para obtener antimateria. Según él, la crear antimateria, estaría creando algo de la nada, lo que demostraría que la creación es posible, y que el Big Bang fue creado de la nada. Bueno, cualquiera con un mínimo conocimiento de física puede entender que hay algún tipo de trampa en esta afirmación. Uno de los pilares fundamentales de la física, del que todos hemos oído hablar es el famoso principio de conservación de la energía. "La energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma". Esta es una ley inviolable. Debemos entender el concepto de energía de forma muy amplia, es decir, según la ecuación E=mc2, la masa también es energía. Eso quiere decir que para "crear" antipartículas (con sus correspondientes partículas), debemos aplicar la misma increíble cantidad de energía que se desprende en su aniquilación. De hecho, necesitamos más, ya que nuestras máquinas no son eficientes al 100%, por lo que siempre se perderá parte de la energía (como ocurre con todas las máquinas existentes). La antimateria no se crea, sino que se obtiene a partir de la energía.

Esto no lleva directamente a otro error. Puesto que necesitamos aportar más energía para crearla, de la que obtenemos con su aniquilación, la antimateria no puede ser nunca una fuente de energía. En el mejor de los casos, podría utilizarse como batería, y para eso primero hay que solucionar otros problemas, como su contención. La única forma en la que la antimateria podría covertirse en fuente de energía, es que la encontremos ya hecha, en estado natural, en alguna parte. Pero está claro que en la Tierra no va a ser, pues se aniquilaría inmediatamente al entrar en contacto con la materia (incluso con el aire). Tendríamos que encontrarla en el espacio. Y eso si la encontramos.

Otro error bastante importante, es el asombro del director del CERN ante la afirmación de que Vittoria y su padre habían creado antimateria. Se dice que son los primeros especímenes de antimateria del mundo. Lo cierto es que el CERN y otras instituciones crean antipartículas de forma casi rutinaria en sus experimentos (y de forma distinta a como explica al libro, y no en el LHC, que aún no está operativo). Y muchísmo antes, allá por 1932, ya se habían detectado las primeras antipartículas. La fabricación de antimateria no debería ser ninguna novedad para un científico, y mucho menos, para el director del CERN.

La contención de la antimateria es otra de las cosas que tiene miga. Dado que no puede estar en contacto con la materia, la única forma conocida de almacenarla es mediante campos magnéticos, como dice el libro. Pero para ello, lo que se pretende retener debe tener carga eléctrica. Esto no es problema si queremos almacenar unos cuantos positrones, por ejemplo. Pero no podríamos hacerlo con antineutrones. En la novela, al hablar con el comandante de la Guardia Suiza, Vittoria dice que la única marca química que podrían haber detectado es la del hidrógeno. Esto sugiere que la "gota" de antimateria que tienen no son simplemente antipartículas a granel, sino átomos de antihidrógeno. Puesto que cada átomo tendría un antiprotón y un positrón, la carga eléctrica global sería neutra, por lo que un campo electromagnético no funcionaría. De hecho, a la hora de almacenar antipartículas, el que deban tener la misma carga eléctrica limita la cantidad que se puede almacenar, ya que éstas se repelen entre sí (creo que no hace falta explicar que cargas opuestas se atraen y cargas iguales se repelen). Para almacenar antimateria en cantidades apreciables, habría que buscar alguna otra solución (de momento desconocida).

Otro error es que en el libro se dice varias veces que la antimateria es inestable. La antimateria no es inestable per se. Cierto que en contacto con la materia se aniquila, pero uno puede imaginar un planeta de antimateria, con su atmósfera de antioxígeno y antinitrógenos, con formas de vida basadas en anticarbono, viviendo felices y sin problemas. Claro que si existiera un lugar así, el más pequeño meteorito de materia sería devastador para el "antiplaneta". Es más, podemos imaginar un universo entero formado por antimateria (como la famosa zona negativa que aparece en los cómics de los 4 Fantásticos).

Y terminaré con la afirmación de la novela de que los científicos ya sabían en 1918 que en el Big Bang se creó tanto materia como antimateria. Algo difícil que lo supieran en ese año, ya que poco antes mencionan que la teoría del Big Bang fue propuesta por Georges Lemaître en 1927, un dato que sí es verídico, aunque hay que hacer notar que el nombre de Big Bang es posterior (Lemaître la llamaba algo así como "teoría del huevo primigenio"). Por otro lado, la existencia de antimateria era desconocida en aquel entonces.

25 comentarios:

  1. Muy bueno y muy claro, como siempre. Como levísimo detalle curioso, se podría decir que el nombre de Big Bang fue propuesto por sir Fred Hoyle, contrario a esta teoría, que lo inventó como término despectivo. Como si un hispanoparlante lo llamase "el Gran Catapún". Pero le salió el tiro (el bang) por la culata.
    Saludos mil.

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  2. "...electrones que dan vueltas alrededor de [un núcleo]..."

    Una imagen muy clásica, por cierto.

    Ps.: Te hemos invadido los niños, Alf. :oD

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  3. Tan interesante como siempre, incluidos los comentarios

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  4. A raíz de lo que comenta remo, me he acordado de que en la facultad el profesor de Geometría nos contaba lo del Big Crunch y no se le ocurrió otra cosa que traducirlo como "El Gran Apretón". Casi me muero de la risa.

    Enhorabuena por el post, Alf, muy interesante como de costumbre.

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  5. Yo leí "El código Da Vinci" y, como me decepcionó mucho, ya no pensaba leer "Ángeles y demonios" pero la verdad es que ahora, gracias a ti, casi tengo ganas ;D

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  6. "Lo interesante de todo esto es que cuando una partícula colisiona con su correspondiente antipartícula, se aniquilan mutuamente, emitiendo una cantidad de energía"

    Me quedaba la duda de cómo se emite esa energía. Al parecer, la Wikipedia lo sabe ;-):

    "Cuando una partícula y antipartícula están en los estados cuánticos adecuados, se pueden aniquilar entre sí y producir otras partículas. Este proceso transforma masa en energía. La energía es transmitida por force carriers (no lo traduzco, que seguro que me equivoco), que pueden descomponerse en otras partículas".

    Las force carriers son las partículas relacionadas con las interacciones: gluones (interacción fuerte), fotones (interacción electromagnética) y bosones W y Z (interacción débil).

    Los fotones son, al parecer, la partícula más abundante en este tipo de interacciones (de hecho, la única en aniquilaciones electrón-positrón), por lo que la mayor parte de la energía que se genera es energía electromagnética (rayos gamma, es decir, radiación de muy alta frecuencia).

    Disculpad los posibles errores: no soy experto en la materia... sólo he hecho copy&paste&translate de la wikipedia ;-)

    h

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  7. Debo reconocer que sin la Wikipedia, la mayoría de estos envíos serían menos detallados. Para mí fue todo un descubrimiento.

    Y leyendo lo que dice sobre la aniquilación, parece ser que en algunos casos (depende de los pares que se aniquilen), se desprenden también neutrinos, por lo que no toda la masa se transforma siempre en energía (aunque como la masa del neutrino es tan pequeña, podríamos decir que se convierte el 99,999999999999...% de la masa).

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  8. En las aniquilaciones materia-antimateria tambien se producen otras particulas , no solo energia.Al igual que es posible crear antimateria a partir de colisiones de otras particulas, como por ejemplo protones.
    Por cierto,al leer creo que pareces indicar que los atomos solo pueden estar formados por una carga positiva o negativa en el nucleo y alrededor de el una particula de carga contraria.Esa no es una condicion valida,como es el caso del positronio(formado por un proton y un positron).Creo que eso debe remarcarse dado que es my importante
    Enhorabuena por el post

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  9. El positronio no está formado por un protón y un positrón, sino por un electrón y un positrón. Las cargas deben ser necesariamente opuestas, pues si no, las partículas se repelerían, y no habría ninguna estructura.

    El positrón no se considera formalmente un átomo, ya que no tiene nucleones (protones, neutrones o sus correspondientes antipartículas), y es inherentemente inestable (el electrón y el positrón se aniquilan mutuamente).

    Más información en:

    http://astrored.org/contenidos/preguntas_frecuentes/index.php?87003

    http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/21/htm/sec_5.html

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  10. Buen artículo, Alf, como siempre.

    Ya sé que seguramente los de la novela no lo sabían, pero sí creo que técnicamente se podría confinar antimateria con antineutrones. Los neutrones (y antineutrones), no tienen carga pero sí tienen (ojo al dato) momento magnético.

    El profe de óptica nos explicó en su día que se han hecho incluso microscopios neutrónicos, o sea que en vez de acelerar electrones aceleraban neutrones (recuerdo que me impactaron sus palabras).

    Ya podéis imaginar los problemas, pero estoy seguro que unos cuantos de esos investigadores inventarían rápidamente sistemas para aprovechar el momento magnético del neutrón.

    Un cordial saludo.

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  11. omalaled: El momento magnetico del neutron se utiliza y claro que hay algo parecido a "microscopios de neutrones". De hecho, al menos la difraccion de neutrones se utiliza muchisimo para estudiar estructuras magneticas. No soy un experto asi que no te puedo contar mucho mas, pero puedes echar un ojo si quieres en www.ill.fr.

    Un saludo

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  12. ...no toda la masa se transforma siempre en energía

    ¿Con energía te refieres a radiación electromagnética (o fotones), verdad Alf? Porque la energía no es una cosa, sino una propiedad de las cosas...

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  13. Teniendo en cuenta que la velocidad de la luz es 300.000.000 m/s

    ¿No es 300.000 m/s?

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  14. Teniendo en cuenta que la velocidad de la luz es 300.000.000 m/s

    ¿No es 300.000 m/s?

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  15. La velocidad de la luz es 300.000 km/s, es decir 300.000.000 m/s.

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  16. Aaaaah, torpe de mí :P Por confundir unidades hasta la NASA ha estrellado naves xD

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  17. Excelentes tus objeciones. Déjame añadir alguna más:

    1) La tecnología de contención, además de inoperante por lo que señalas, es muy conocida. Si he entendido bien el libro, sería una tecnología de tipo tokamak, por lo que el asombro del director del CERN ante la novedosa idea de Vetra está totalmente fuera de lugar.

    2) Francamente, a mí lo que más me irrita de esta parte del libro es la teología barata supuestamente deducida a partir de la física. Según Brown, la creación de un "Big Bang" en miniatura sería prueba de la existencia de Dios, pues sería una "creatio ex nihilo", creación de la nada. Vaya tontería. Como bien dices, lo que hipotéticamente logra Vetra es aislar antimateria que, junto con la materia correspondiente, tuvo que obtener necesariamente de una cantidad equivalente de energía. Luego lo de creación de la nada es falso.

    Pero además lo que ha hecho Vetra poco tiene que ver con el Big Bang. El Big Bang en sí es un PROCESO evolutivo que atraviesa muchas etapas antes de formar átomos, sean éstos de materia o de antimateria.

    Si bien no sabemos que pasó en los primeros instantes del Universo, sabemos que 10^-35 segundos después el Universo sería una sopa de quarks, leptones y fotones. El problema es que para crear esa sopa, el amigo Vetra necesitaría una cantidad inimaginable de energía (la temperatura de ese Universo es de 100.000.000.000.000 de grados Kelvin). Absolutamente imposible en condiciones de laboratorio.

    A partir de ahí, necesitaría Vetra enfriar su "Universo" para formar átomos, algo que en nuestro Universo tardó unos 300.000 años. ¿Cómo hizo Vetra para enfriar tan rápidamente su "Universo"?

    El hecho de que yo llame "Universo" entre comillas a la creación de Vetra tiene un sentido, y es que, en el Big Bang real, el Universo todo surgió de esa explosión, INCLUYENDO EL ESPACIO y EL TIEMPO. Luego, es muy difícil de llamar al experimento de Vetra, que no crea espaciotiempo, un Big Bang en miniatura. También es absurdo llamarle LA singularidad, como hace Kohler, el director, presa de un terror sagrado; cualquier agujero negro es matemáticamente una singularidad. De hecho, una carga eléctrica puntual también lo es, en electrodinámica clásica.

    Finalmente, lo más absurdo de todo es que la realidad del Big Bang está perfectamente establecida; no es necesario el experimento de Vetra para ir corriendo al Vaticano con las buenas noticias. Prácticamente todo astrofísico acepta hoy en día el Big Bang. Y, por supuesto, como ya has mencionado, la creación de antimateria se hace todos los días en todos los laboratorios de partículas del mundo, sin necesidad de reproducir Big Bangs.

    En pocas palabras, la "ciencia" de Brown se me antoja al mismo nivel que los 4 fantásticos... sólo que los autores de éstos no van proclamando por el mundo que sus libros están basados en hechos comprobados.

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  18. Además, en el aspecto filosófico, si alguien consiguiera reproducir el Big Bang (que es imposible), no demostraría la existencia de Dios, sino todo lo contrario. Demostraría que no es necesario creer en algún tipo de actuación divina para crear un universo.

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  19. Estupendo comentario. Por cierto, he visto que ambos publicamos nuestras críticas en "no loss for words".

    Un saludo.

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  20. Hola, soy Dios...

    Tantos años manteniendo el tinglado, y ahora el imbecil de Dan Brownie me lo hace publico... si es que uno no puede confiarse...

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  21. "si alguien consiguiera reproducir el Big Bang, no demostraría la existencia de Dios, sino todo lo contrario. Demostraría que no es necesario creer en algún tipo de actuación divina para crear un universo"

    Hombre, un místico le contestaría que lo que pasaría sería que se convertiría en un dios. Pero eso es demasiado pajero incluso para mí.
    (Excelente blog, añado. Me lo apunto)

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  22. Ya se que esta entrada es muy vieja, pero descubrí tu blog y empecé a leerlo todo, y me he quedado pensando en una oración que has puesto hablando de un planeta de antimateria:

    ["Claro que si existiera un lugar así, el más pequeño meteorito de materia sería devastador para el "antiplaneta"."]

    Entonces, el contacto entre materia y antimateria hace que se destruyan ambas no importa el tamaño de c/u? o sea que se produce una reacción en cadena que es provocada por la energia liberada por la reacción?
    O la devastación (existe esta palabra?) es provocada por los efectos colaterales de la energía liberada?

    (no se si queda bien claro lo que estoy preguntando...creo que ni yo misma lo entiendo...) :(

    Y otra pregunta, si, como dice arriba, "el más pequeño" de los meteoritos de antimateria puede destruír un planeta, entonces si el más pequeño de los meteoritos de antimateria rozara nuestra atmósfera que pasaría?
    (o es que "ser devastador" no significa destruir...no se con que significado lo asociaste).
    Tampoco se si la antimateria puede existir en estado natural en el universo, aunque sea por poco tiempo.

    Bueno, me he extendido muchísimo, espero no haber quedado muy tonta con estas preguntas pero es que me pareció muy interesante este tema, te agradezco de antemano por leer este comentario, y voy a seguir leyendo tu blog, que es muy entretenido y didáctico.

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  23. O la devastación (existe esta palabra?) es provocada por los efectos colaterales de la energía liberada?

    Exactamente (y sí, sí existe la palabra devastación :-) )

    La energía que se libera en una aniquilación materia antimateria es descomunal. Toda la masa involucrada se transforma en energía según la famósa ecuación E=mc2. Si la velocidad de la luz es un número muy alto, imagínalo elevado al cuadrado.

    Un ejemplo. Con medio kilo de antimateria, se aniquila otro medio kilo de materia, con lo que tenemos un kilo en total. La energía correspondiente es de 9e16 julios, que equivale a una explosión de unos 40 megatones.

    entonces si el más pequeño de los meteoritos de antimateria rozara nuestra atmósfera que pasaría?

    Pues no quiero ni pensarlo :-) Supongo que si sólo la roza, parte de la energía liberada irá al espacio, pero el resto tal vez sea suficiente para recalentar la atmósfera y alterar el ecosistema. Y además tenemos que en una aniquilación de este tipo, parte de la energía liberada en es forma de rayos X, gamma, y demás radiaciones dañinas.

    Tampoco se si la antimateria puede existir en estado natural en el universo, aunque sea por poco tiempo.

    No hay nada que lo impida, salvo el hecho de que en cuanto toque algo de materia, habría una gran explosión.

    No se sabe con certeza si por ahí en el espacio hay cantidades importantes de antimateria, pero se cree que no.

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  24. Hola bueno quiero hacer una pregunta. Nosé mucho sobre estos temas pero quier saber en qué o en dónde se puede encontrar la antimateria. Me interesa mucho el tema y es la primera vez que escucho sobre antimateria que estoy leyendo el libro Angeles y Demonios... Pueden responderme a mi correo. NELLYMEGO_6@HOTMAIL.COM
    Gracias.

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  25. Hola aquí en el desarrollo he leído cosas como: " principio de conservación de la energía"; "E=m.c2"; "Además, en el aspecto filosófico, si alguien consiguiera reproducir el Big Bang (que es imposible), no demostraría la existencia de Dios, sino todo lo contrario. Demostraría que no es necesario creer en algún tipo de actuación divina para crear un universo." y " materia y anti materia"; "altísimas temperaturas"; "Energía";” prolongadísimos tiempos”. Todo por un libro tramposo y por ende malicioso que solo busca confundir al hombre.
    1. Ahora tratare de decirles mi parecer, habiendo antes dáosle y en forma subrayada el principio de su error.
    2. Toda energía tiene una fuente, por su principio de existencia y conservación.
    3. Así como la masa y la energía son equivalentes y una misma cosa, la Luz también lo es.
    4. Filosóficamente nunca se podrá conseguir reproducir el Big Bang, (eso si es cierto, es imposible); respecto a que si la reproducción del Big Bang demostraría o no la existencia de Dios eso no se sabe, no lo hemos conseguido reproducir . Por otro lado tampoco podrimos demostrar que tipo de actuación a creado nuestro universo; con el sistema solar, y su infinitas galaxias; agujeros negros, materia y anti materia, energía, tiempo y dimensiones. Pero el hombre-científico ya le llama a sus maquina mas esperanzadora “ la maquina de Dios”.
    ¿Como decirlo?; ¿si la energía es la misma cosa o es parte de la masa, no los es también la Luz? ¿ de que luz habla Albert? ¿ cual es la fuente de lo hasta hoy creado?¿de lo que existe?; ¿no solo una parte se habrá transformado o materializado con su respectivo antagónico de anti-materia? ¿Por qué el hombre busca su principio?¿hombre material, carnal o hombre luz? ¿no se estará queriendo iluminar en su conciencia atreves del conocimiento? ¿hombre en el pasado lejano, revolviendo o obeso, lujurioso, pecaminoso o despierto? ¿Dios o fuente inagotable o Dios Padre o Padre Nuestro o HOMBRE? ¿Hijo del Hombre o Mesías o Salvador de Hombre o Luz del Mundo ? ¿conciencia en Dios; o conciencia en lo mundano enemigo del hombre?. Hermanos míos por hay no hay que enredarse tanto, la ciencia en preciosa, pero mas bello, amoroso, solidario y rico en gracias es el Señor, pídanle el Espíritu Santo que nos prometió, que el nos hará conocer la verdad de todas las cosas, y además nos dará del don de las ciencias; yo amo la ciencia y hecho ciencia; al profeta Daniel al final le dice: ya esta Daniel, deja que el hombre buscara buscara y final mente hallara. Estos libros solo desean que nos apartemos de la verdad; se vasas en verdades, verdades a medias y mentiras; y todos sabemos que las medias verdades y mentiras nos quieren oscurecer el discernimiento y así alejarnos de la luz. Como humanidad estamos en momentos muy difíciles, por que hay gente, como en este caso los autores de este libro, que trabajan para el mal, pegándole al hombre muy fuertemente, siendo el hombre la creatura privilegiada del Padre, somos sus hijos, somos los hermanos del humilde y paciente Jesús, Luz para el mundo, Camino, Verdad y Vida, “No miremos para atrás, somos estos, los unos y los otros, amemosnos, pero estemos despiertos, hay muchos lobos rapaces”, ya la ciencia nos informara, pero oremos mucho, para que esta sea buena, que de buenos frutos y también con oración, en especial a María, pisémosle la cabeza a la serpiente madre de todo mal, para que este vaya disminuyendo, en dimensiones no visibles para el hombre se desarrollan combates tras combates, en donde el hombre aunque no vea, es participe y esto es tan o mas importa que cuestiones de ciencia. Feliz Navidad a todos, que Jesús Niño nazca en su corazón!!!!

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