Cuando los opuestos se encuentran: ¿por qué la materia y la antimateria acaban aniquilándose?

Uno de los grandes misterios del universo es la cuestión de la falta de simetría entre materia y antimateria. Durante el Big Bang se debería haber creado una cantidad idéntica de materia y antimateria, pero eso no es lo que vemos hoy. En el universo la materia parece haber superado la cantidad de antimateria y por eso acabamos viendo muchos más objetos hechos de materia y casi nada hecho de antimateria.

La antimateria es un tipo de materia formada por antipartículas que sería una simetría de las partículas tal como las conocemos. Cada antipartícula tiene la misma masa y el mismo espín que su partícula correspondiente, la gran diferencia está en la carga. Mientras que un electrón tiene carga negativa, un antielectrón llamado positrón tiene carga positiva. Lo mismo ocurre con el protón y el antiprotón, que tienen cargas opuestas.

Lo curioso de la antimateria es que cuando una antipartícula y una partícula se encuentran puede ocurrir un proceso llamado aniquilación. Durante este proceso, los dos componentes se aniquilarían entre sí, formando otras partículas como fotones o incluso otras partículas que tengan masa. Pero, ¿qué sucede en este proceso y cómo favorece uno de los mayores misterios del universo?

Antimateria

La antimateria engloba átomos que están formados por antipartículas. Las antipartículas son similares a las partículas en casi todas las características excepto en la carga. Cada partícula tiene una antipartícula que se diferencia de ella solo por la carga, por ejemplo, el electrón tiene una antipartícula llamada positrón que es similar al electrón en todos los sentidos pero tiene carga positiva.

Dado que las antipartículas sólo se diferencian en términos de carga, las interacciones conocidas que gobiernan la dinámica de las partículas también describen antipartículas. De esta forma, es posible que los átomos de antipartículas se formen de la misma manera que las partículas forman átomos. Sin embargo, uno de los misterios de la Física es que la antimateria no se encuentra tan fácilmente en la naturaleza como la materia.

Aniquilación

Cuando una partícula y su respectiva antipartícula se encuentran, pueden interactuar y terminar aniquilándose entre sí. El proceso se llama aniquilación y describe cómo una partícula y una antipartícula pueden destruirse entre sí y convertir masa en energía. La descripción de la aniquilación se rige por la ecuación de Einstein conocida como E = mc² donde se relacionan masa y energía.

Durante el proceso de aniquilación, generalmente se producen fotones de alta energía, como la radiación gamma. Es posible que partículas con masa se generen en otras interacciones partícula-antipartícula. Sin embargo, la forma en que interactuarán los dos componentes depende de una función de probabilidad y de características como el momento de las partículas. Siendo la aniquilación una alta probabilidad de que suceda considerando las propiedades.

Generación de antimateria

A pesar de la falta de simetría y la presencia de antimateria en el universo, esta se produce en algunos eventos tanto de forma natural como artificial. En el universo se produce de forma natural en eventos energéticos como las supernovas o cuando los rayos gamma interactúan con la materia. Durante estos eventos energéticos se producen pares de materia y antimateria.

La antimateria también se puede producir en la Tierra mediante experimentos con aceleradores de partículas. Cuando los protones se aceleran dentro de los aceleradores y acaban chocando con otras partículas, durante la colisión pueden generar antimateria. Es habitual que durante el proceso se generen positrones y antiprotones en los aceleradores.

Misterio en el universo

Uno de los mayores misterios del universo es la falta de simetría entre materia y antimateria, este misterio se llama asimetría bariónica. Según los modelos actuales, durante el Big Bang debería haberse formado una cantidad idéntica de materia y antimateria. A pesar de ello, las observaciones que tenemos actualmente y del pasado del universo muestran que la materia es predominante.

Esto lleva a la pregunta de qué pasó con la antimateria durante la evolución del universo y especialmente en los primeros momentos. Hasta el día de hoy, no existe una explicación definitiva para la asimetría bariónica. Una de las ideas es la violación de la paridad de carga, lo que, según ella, podría significar que las antipartículas podrían comportarse de manera diferente a sus componentes. Pero aún así, la violación no es suficiente para explicar la desaparición de toda la antimateria.

Hipótesis más curiosa

Muchos físicos trabajan sobre la cuestión de qué pasó con la antimateria y en las últimas décadas se han propuesto varias hipótesis. Quizás lo más curioso sería que una región del espacio estaría dominada por la materia mientras que la otra estaría dominada por la antimateria. En este caso, estaríamos situados en una región donde todo está formado por materia.

Sin embargo, esta hipótesis dice que deberíamos observar regiones de aniquilación de materia y antimateria que forman rayos gamma. Hasta la fecha no se ha observado ningún evento de este tipo lo que indica que si existe es que está muy lejos de nosotros. Otra sugerencia sería que sólo existen unos pocos grupos de antimateria distantes y dispersos en todo el universo.