viernes, 18 de febrero de 2011

Los físicos construyen "botellas" de antimateria para desbloquear los secretos de la naturaleza

Los físicos de UCSD James Danielson, Clifford Surko y Craig Schallhorn (de izquierda a derecha) inspeccionan el aparato que utilizan para desarrollar la trampa más grande del mundo de positrones de baja energía, planeado para albergar un billón o más de antipartículas. Crédito: Kim McDonald, UCSD

Muchas veces considerada como material de ciencia ficción, la antimateria -imagen especular de la materia ordinaria en nuestro universo observable-, es ahora el centro de estudios de laboratorios en todo el mundo.

Mientras que los físicos producen rutinariamente antimateria con radioisótopos y colisionadores de partículas, refrigerar estas antipartículas y contenerlas grandes longitudes de tiempo es otra historia. Una vez que la antimateria entra en contacto con la materia ordinaria se "aniquila", o desaparece en un destello de radiación gamma.

Clifford Surko, un profesor de física en UC San Diego, que está construyendo lo que espera será el más grande contenedor de antimateria del mundo, dijo que los físicos han desarrollado recientemente nuevos métodos para producir estados especiales de la antimateria en los cuales ellos pueden crear grandes nubes de antipartículas, comprimirlas y hacer haces especialmente adaptados para una variedad de usos.

El describió los progresos realizados en esta área, incluyendo sus propios esfuerzos, en la reunión anual en Washington, DC, de la Asociación Americana para el Avance de la Ciencia. Su charla, "La doma de la partícula de Dirac", abrió la sesión titulada "A través del espejo: Aventuras recientes en la antimateria," el 18 de febrero.

Surko dijo que desde que los "positrones" -los anti-electrones predichos por el físico inglés Paul Dirac hace unos 80 años-, desaparecen en un estallido de rayos gamma cuando entran en contacto con la materia ordinaria, la acumulación y almacenamiento de estas partículas de antimateria no es poca cosa. Pero en los últimos años, agregó, los investigadores han desarrollado nuevas técnicas para almacenar miles de millones de positrones durante horas o más y enfriarlos a bajas temperaturas para frenar sus movimientos permitiendo que puedan ser estudiados.

Surko dijo que los físicos son capaces de frenar positrones que provienen de fuentes radiactivas de baja energía y acumularlos y almacenarlos durante días en "botellas" diseñadas especialmente que tienen campos magnéticos y eléctricos en las paredes en lugar de materia. También han desarrollado métodos para enfriarlos a temperaturas tan bajas como la del helio líquido y comprimirlos a altas densidades.

"Uno puede entonces empujarlos cuidadosamente fuera de la botella en un chorro fino, un haz, algo similar a apretar un tubo de pasta dental", dijo Surko, y agregó que hay una gran variedad de usos de tales positrones.

Una técnica de positrones familiar, que no utiliza esta nueva tecnología es scan PET, también conocida como Tomografía por Emisión de Positrones, que ahora se utiliza habitualmente para estudiar los procesos metabólicos humanos y ayudar a diseñar nuevos medicamentos.

En los nuevos métodos que están siendo desarrollados por los físicos, los haces de positrones se utilizarán de otras formas. "Estos haces proporcionan nuevas maneras de estudiar cómo las antipartículas interactúan o reaccionan con la materia ordinaria", dijo Surko. "Ellos son muy útiles, por ejemplo, en la comprensión de las propiedades de las superficies de materiales".

Surko y sus colaboradores en la Universidad de California en San Diego están estudiando cómo los positrones se unen a la materia ordinaria, como los átomos y las moléculas. "A pesar de que estos complejos sólo duran una mil millonésima de segundo más o menos", dijo, "la "rigidez" del positrón es una faceta importante de la química de la materia y la antimateria".

Surko y sus colegas están construyendo la mayor trampa del mundo de positrones de baja energía en su laboratorio en la Universidad de California en San Diego, capaz de almacenar más de un billón de partículas de antimateria en algún momento.

"Ahora estamos trabajando para acumular miles de millones de positrones o más en una nueva trampa "multi-célula", un arreglo de botellas magnéticas semejante a un hotel con muchas habitaciones, con cada habitación conteniendo decenas de miles de millones de antipartículas," dijo.

"Estos avances están permitiendo muchos nuevos estudios de la naturaleza. Los ejemplos incluyen la formación y el estudio del anti-hidrógeno, el equivalente de antimateria del hidrógeno; la investigación de los plasmas electrón-positrón, similares a los que se cree que están presentes en los polos magnéticos de las estrellas de neutrones, con un dispositivo que ahora se está desarrollando en la Universidad de Columbia, y la creación de explosiones mucho más grandes de positrones que eventualmente podrían permitir la creación de un láser de aniquilación de rayos gamma".

"Un objetivo interesante a largo plazo del trabajo es la creación de trampas portátiles de antimateria", agregó Surko. "Esto incrementaría enormemente la capacidad de utilizar y explotar antipartículas en nuestro mundo en situaciones donde las fuentes de positrones de radioisótopos o basadas en aceleradores son inconvenientes para organizar."

Fuente:
Physicists build bigger 'bottles' of antimatter to unlock nature's secrets (Universidad de California en San Diego)

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