La NASA, después de años de esfuerzos para tratar de volver a las exitosas décadas pasadas de exploración espacial, parece tener ahora su compensación. La agencia ha anunciado que para el año 2002, la Estación Espacial Alpha estará equipada con el primer detector de antipartículas. Existe la posibilidad de lograr el más sensacional descubrimiento: la eventual existencia de estrellas y galaxias formadas por antimateria, el curioso enemigo de la materia normal, que puestas en contacto ambas se aniquilarían.

La idea de un mundo de antimateria no es tan extraño como podría pensarse. Por lo menos el hecho parece estar claro en las partículas "subatómicas" (que forman los átomos). En la naturaleza, cada una de las partículas subatómicas conocidas, tiene una antipartícula asociada que tiene exactamente las propiedades opuestas. Así, por ejemplo, los electrones cargados negativamente, tienen los positrones cargados positivamente. Por otra parte, antipartículas pueden fácilmente fabricarse en los aceleradores de partículas. Es lógico también pensar que en el Universo puedan existir antiprotones y antineutrones, que podrían formar un antinúcleo. Estas, a su vez, podrían combinarse con positrones, para hacer un antiátomo, que, en conjunto, podrían estar constituyendo estrellas y galaxias, exactamente como la materia normal (Marcus Chown, New Scientist, 3 de Agosto de 1996).


La gran aniquilación

Si el Espectómetro Alfa Magnético (AMS) que se colocará en la Estación Espacial, tiene éxito en demostrar la existencia de átomos antimateria, quiere decir, que necesariamente debieran también existir estrellas y galaxias antimateria, que se habrían formado por estos átomos antimateria. Mas aún, si en alguno de estos sistemas se hubiera desarrollado la vida, también esa vida sería antimateria. "Ello sería la más grande noticia astronómica de todos los tiempos", dice Samuel Ting, físico de partículas del CERN en Ginebra y científico del Massachusetts Institute of Technology (M.I.T.) de Boston. Según el "no hay ninguna razón para rechazar la idea de que el Universo esté formado por una mezcla igualitaria de materia y antimateria".

De acuerdo a los planes de Ting y sus colegas, se colocaría en la estación espacial Alpha un espectrómetro magnético, con un costo aproximado a los 20 millones de dólares. Este instrumento (AMS) sería capaz de identificar el núcleo atómico y electrones en rayos cósmicos, que son restos de partículas que continuamente bombardean la Tierra. La mayor parte de ellas viene del Sol. Otras provienen de remanentes de estrellas que han explotado en nuestra galaxia, pero las más energéticas provienen de fuentes desconocidas, ubicadas más allá de la Vía Láctea. El instrumento (AMS) va a arnear estos rayos cósmicos, buscando núcleos de antiátomos.

Con todo, encontrar una antigalaxia no es una tarea fácil. Desgraciadamente, los antifotones que emitiría un antiátomo, serían indistinguibles de los fotones que emitiría un átomo. Por la simple medición de ellos, una antigalaxia no sería diferente de una galaxia ordinaria. Sin embargo, podrían pesquisarse algunos signos que sugieran su existencia. Si la antimateria está cerca, podríamos comprobar una intensa emisión de rayos gama, productos del choque de materia y antimateria que se aniquilarían una a otra. De existir la antimateria, estas colisiones serían inevitables, ya que la materia se está constantemente intercambiando entre las estrellas. Si hay antiestrellas, tendrán que existir antigalaxias y estas también pueden chocar con las galaxias.

Ya que hasta ahora no hemos observado estos grandes estallidos de rayos gama, hay que concluir que en nuestra galaxia no existe la antimateria. Del mismo modo se podría afirmar que tampoco existiría antimateria en el espacio existente entre nosotros y las galaxias más cercanas que están alejadas a 30 millones de años luz.

Habrá entonces que tratar de detectar directamente en el espacio las antipartículas, y es eso lo que pretende la NASA al tratar de colocar en la estación espacial Alfa, un detector de antipartículas.


¿Por que debiera existir la antimateria?

Los expertos piensan que debiera existir antimateria en el Universo. Si no existiera, sería difícil explicárselo. En teoría, en el momento del Big Bang, debiera haber existido igual cantidad de materia que de antimateria, por lo cual debiera haberse producido una aniquilación proporcional de materia y antimateria. Si la materia subsistió, debiera existir una proporción similar de materia y antimateria. Si esto es cierto, como explicarse entonces que la antimateria no exista hoy día. La explicación convencional de porqué no existiría, fue sugerida por el físico soviético Andrei Sakharov en 1967. Según él, ello se debería a una pequeña asimetría en las leyes físicas, técnicamente conocida como violación CP.

Esta asimetría debería haber comenzado a actuar en la división del primer segundo después del Big Bang. En los primeros momentos, de acuerdo a la Gran Teoría Unificada, todas las fuerzas que, ahora conocemos de la naturaleza estaban fundidas en una sola fuerza, exteriorizada en la llamada partícula X. En ese instante las partículas X tienen que haber sido extraordinariamente pesadas, equivalente a millones de millones de veces con relación a la masa del núcleo del plomo.

Los experimentos realizados en los aceleradores de partículas sugieren que, mas tarde, cuando el Universo se enfrió y las partículas X decayeron, la asimetría de la ley física habría dejado una pequeña mayor proporción de partículas con relación a las antipartículas (aproximadamente mil millones mas una partícula, por cada mil millones de antipartículas). Los físicos asumen que estas se habrían mezclado, y como las partículas y antipartículas se aniquilan en una bocanada de rayos gama, el resultado final sería que, debido a esta pequeña asimetría, existiera sólo materia. De esta forma también se explican la brillantez del trasfondo de radiación que llena el Universo (aproximadamente mil millones de fotones por cada partícula de materia).

Con todo, Ting sostiene que esta explicación convencional para la ausencia de antimateria es sólo una teoría que está muy lejos de haber sido probada. El afirma que "contrariamente a lo que sostienen muchos físicos, no se puede desechar la posibilidad de que después del Big Bang, en alguna parte del Universo pueda haber sobrevivido antimateria". Así, por ejemplo, "la asimetría, en las leyes de física podría haber sido revertida en ciertas regiones de la bola de fuego del Big Bang, favoreciendo la creación de antimateria sobre la de materia. Como resultado, en algunas partes del Universo podría existir antimateria y no materia".

Desde el punto de vista de Ting, hay muchas posibilidades que más allá de nuestros claustros de galaxias, existan otros formados de antimateria, y que las secuelas de fogonazos de rayos gama producidos por las aniquilaciones sean, por las distancias, tan débiles que no las podemos ver. "El Universo contiene cerca de 100 millones de otros claustros", sostiene Ting. Según él, «la mejor demostración de la existencia sería el poder constatar desde el espacio, la existencia de rayos cósmicos, que viajando a la velocidad de la luz, provengan de estrellas o galaxias muy lejanas y que contengan antimateria".


Lluvia cósmica

Ya desde comienzos del siglo pasado se ha intentado el estudio de los rayos cósmicos. Algunos experimentos hechos de la Tierra, han tenido por objeto captar la lluvia de partículas creadas cuando chocan con núcleos en la alta atmósfera. El método puede revelar la energía de los rayos cósmicos originales, pero no pueden decirnos nada si ello corresponde a materia o antimateria.

Con el objeto de captar directamente los rayos cósmicos, se han tratado de desarrollar experimentos con globos en la atmósfera. Pero por este método las determinaciones pueden ser hechas sólo por algunas horas. Ting dice que durante tan corto tiempo sólo se podría detectar la antimateria, siempre y cuando si 1 de cada 10.000 rayos cósmicos contuviese un antinúcleo. Pero las partículas de los rayos cósmicos provenientes desde mas allá de nuestro claustro de galaxias, probablemente correspondan a antinúcleos en 1 de cada 10.000 millones de rayos cósmicos. Es por esto, dice Ting, que es prematuro afirmar que como consecuencia de estos experimentos, se pueda excluir la existencia de antimateria en el Universo.


Hay que insistir en la búsqueda

Sin duda que las posibilidades del AMS, orbitando en el espacio, tienen mucho más posibilidades de tener éxito que las experiencias que hasta ahora se han hecho desde la Tierra o desde globos. Desde allí podrán detectarse los rayos cósmicos originales, antes que ellos entren a la atmósfera terrestre y la detección puede extenderse por períodos mucho más prolongados, lo que es importante si se asume que habría una partícula de antimateria por 10 mil millones de partículas ordinarias.

El físico Werner Heisenberg una vez dijo: "pienso que el descubrimiento de la antimateria, sería el más grande cambio de la física de nuestro siglo. Las posibilidades que existan antiátomos, antiestrellas y antigalaxias, remecería los fundamentos mismos de la física astronómica. Habría que repensarlo todo de nuevo".

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El detector de antimateria

El Espectrómetro Alfa Magnético (AMS), se planea colocarlo en la Estación Espacial Internacional en Febrero del año 2001. La idea es que permanezca allí durante tres años, para posteriormente traerlo a la Tierra. Su diseño y construcción ha sido el producto de un esfuerzo internacional, habiendo participado en él aproximadamente 100 científicos de Estados Unidos, Europa, Rusia, China y Taiwan.

Si bien es cierto que durante las últimas décadas, se han construido numerosos detectores de partículas, nunca se había pensado en que pudiera instalarse en el espacio. Los detectores que existen en la Tierra, tienen magnetos superconductores muy poderosos. Pero no es posible colocarlos en el espacio, porque son muy complicados y de enorme volumen y además, tienen que ser enfriados hasta unos pocos grados sobre el cero absoluto. De allí la necesidad de fabricar otro modelo, factible de transportar y trabajar en el espacio.

Para este nuevo equipo se ha fabricado un poderoso magneto permanente, hecho de hierro, boro y un elemento raro, el neodymium. Todo el instrumental tiene forma cilíndrica, de un metro de alto y dos metros de diámetro, con un peso total de dos toneladas. Dentro de los espacios que dejan los magnetos, hay una serie de detectores de silicon, diseñados para atraer partículas cargadas de rayos solares. En el campo magnético creado, las partículas cargadas positivamente se desviarán hacia el polo positivo y viceversa.

Ting y sus colegas esperan con este instrumento, poder detectar antinúcleos. Así, por ejemplo, si una partícula con la misma masa y carga que el núcleo del carbón, se deflecta en la dirección opuesta a la que corresponde, sería la demostración que se trata de un núcleo anticarbón. Con ello se habría demostrado la existencia de antimateria.

Detector de Antimateria: el detector va a pesquisar partículas que tengan el mismo peso que un núcleo normal, pero que se dirijan en dirección opuesta en el campo magnético.

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