Este artículo está muy bien. Es la respuesta del CERN al libro Angeles y Demonios que hablaba de algo así como que el LHC creaba antimateria y que luego alguien la robaba, etc...
¿Existe la antimateria?
Sí existe, y la creamos rutinariamente en el CERN. La antimateria fue predicha por la teoría de la mecánica cuántica de P.A.M Dirac en 1928 y las antipartículas fueron descubiertas poco después por Carl Anderson. CERN no es la única institución de investigación que produce y estudia la antimateria.
¿Cómo se almacena la antimateria?
Con gran dificultad. Se aniquila completamente cuando entra en contacto con cualquier materia normal. Hay dos casos:
Caso 1: Si una antipartícula es eléctricamente neutral entonces los campos eléctricos y magnéticos no pueden retenerla en absoluto. Por tanto, no hay una manera fácil de contener las partículas de antimateria, es decir, no hay manera de mantenerla lejos de las paredes de materia normal de la vasija en la que se encuentran. En consecuencia las antipartículas entran en contacto con materia normal casi de inmediato y se aniquilan.
Caso 2: En el caso de partículas de antimateria eléctricamente cargadas tales como positrones (antielectrones) y antiprotones, sabemos cómo utilizar “botes electromagnéticos” para contenerlas. Sin embargo: cargas iguales se repelen entre sí. Así que no es posible poner una gran cantidad de antiprotones juntos porque las fuerzas de repulsión entre ellos pronto se vuelven demasiado fuertes para los campos que los mantienen lejos de las paredes. Y no puedes poner una mezcla de antielectrones positivos y antiprotones negativos juntos, ya que estos formarán antihidrógeno, el cual es neutral y volvemos a estar en el caso 1.
Así que solo pueden ser almacenadas cantidades muy diminutas.
¿Cuáles serán los futuros usos de la antimateria?
Los antielectrones o positrones ya son utilizados en los escáneres PET en medicina (Positron-Emission Tomography = PET).
Otros usos son el estudio de las leyes de la naturaleza, tal y como hacemos en el CERN. El equipo del experimento PS210 en el Low Energy Antiproton Ring (LEAR) en el CERN creó los primeros átomos de antihidrógeno en 1996. Más tarde, los experimentos de 2002 lograron producir decenas de miles de átomos de antihidrógeno, un número suficiente para estudiar este gas en su forma de antimateria. Sin embargo, aunque “decenas de miles” puede parecer mucho, es realmente una cantidad muy muy pequeña. ¡Se necesitarían 10'000'000'000'000'000'000 veces esa cantidad para tener suficiente gas antihidrógeno para llenar un globo de juguete! Si pudiéramos de alguna manera almacenar nuestra producción diaria, nos llevaría 25'000'000 billones de años llenar el globo.
El universo existe solamente desde hace 13.700 millones de años...
Así que la posibilidad de Ángeles y Demonios es pura ficción.
(Foto del CERN)
¿Podemos esperar utilizar algún día la antimateria como fuente de energía? ¿Creen que la antimateria podría impulsar vehículos en el futuro, o sería utilizada solo como fuente de energía principal?
No hay posibilidad de utilizar la antimateria como “fuente” de energía. A diferencia de la energía solar, carbón o petróleo, la antimateria no se encuentra en la naturaleza: tenemos que fabricar cada partícula con un gasto de energía mucho mayor del que nos puede devolver durante la aniquilación.
Puedes imaginar la antimateria como un posible medio de almacenaje temporal de energía, muy parecido a almacenar electricidad en baterías recargables. El proceso de carga de la batería es reversible con una pérdida relativamente pequeña. Sin embargo, la batería precisa más energía para cargarse de la que devuelve. Para la antimateria, los factores de pérdida son tan grandes que nunca será práctico.
Si pudiéramos juntar toda la antimateria que hemos fabricado en el CERN y aniquilarla con materia, tendríamos suficiente energía para encender una simple bombilla eléctrica durante unos pocos minutos.
Yo tenía esperanza en que la antimateria sería la futura respuesta a nuestras necesidades energéticas. Parece que se necesita más investigación para que esto ocurra.
No, la respuesta verdadera es que nunca ocurrirá, simplemente por el problema de la entropía. Crear antimateria a partir de energía a través de E=mc2 desafortunadamente produce siempre cantidades iguales de materia normal y antimateria. Esto es un principio básico del universo. Para cualquier cantidad dada de energía E se obtendrán m/2 gramos de antimateria y m/2 gramos de materia. Poner estas dos cantidades juntas y aniquilarlas devuelve E. Pero el proceso no está exento de pérdida: hoy en día la pérdida es enorme, ¡pero incluso si pudriéramos hacer el proceso muy eficaz, seguiríamos sin tener ninguna ganancia!
No es una cuestión de “más investigación” o “tecnología más avanzada” para encontrar caminos alrededor de estas limitaciones. La antimateria es un estado fundamental de la materia. Solo podría llegar a ser una fuente de energía si por casualidad encontraras una gran cantidad de antimateria en algún sitio (por ejemplo una galaxia distante), de la misma manera que encontramos petróleo y oxígeno en la Tierra. Pero hasta donde podemos ver (miles de millones de años luz), el universo esta formado completamente de materia normal y la antimateria debe ser fabricada laboriosamente.
Esto, por cierto, muestra que la simetría entre materia y antimateria mencionada más arriba no se mantiene con energías muy altas, tal como se dió poco después del Big Bang, ya que de lo contrario debería haber tanta materia como antimateria en el Universo. Estas energías son mayores que cualquiera que pueda ser producida en la Tierra en el presente; lo que las investigaciones futuras nos pueden aclarar es cómo sucedió esta asimetría, aunque es extremadamente improbable que nos conduzcan a la posibilidad de utilizar la antimateria como fuente de energía.
¿Podemos crear bombas de antimateria?
No hay posibilidad de fabricar bombas de antimateria por la misma razón que ésta no se puede utilizar para almacenar energía: no podemos acumular suficiente cantidad a una densidad suficientemente alta.
Nota sociológica: los científicos se dieron cuenta de que la bomba atómica era una posibilidad real muchos años antes de que una fuera fabricada y explosionada, y entonces el público estuvo totalmente sorprendido y asombrado. Por otro lado, la bomba de antimateria ha sido imaginada por el público que quiere saber más de ella, sin embargo nosotros sabemos desde hace mucho tiempo que no es en absoluto algo práctico...
¿Por qué la antimateria no ha recibido atención de los medios de comunicación?
Ha recibido mucha atención de los medios, aunque usualmente en la prensa científica. Además, la antimateria no es “nueva”: la hemos estado utilizando durante décadas; la antimateria ha sido observada durante casi cien años.
¿Es la antimateria verdaderamente eficaz al 100%?
Depende de lo que quieras decir con eficaz. Si empiezas a partir de dos cantidades iguales de m/2 de materia y m/2 de antimateria, entonces obtienes exactamente E=mc2 como energía resultante. Por supuesto. Se convierte al 100%.
Pero no se trata de esto: ¿Cuánto esfuerzo tienes que invertir para obtener m/2 gramos de antimateria? Bueno, teóricamente E=mc2 porque la mitad de la energía se convertirá en materia normal. Así que no consigues nada. Pero el proceso de creación de antimateria es altamente ineficiente: cuando se crean partículas de antimateria, muchas de ellas se pierden antes de que sean capturadas. Todo sucede a casi la velocidad de la luz, y las partículas creadas salen volando en todas direcciones. Es algo como cocinar sobre una hoguera en el campo: la mayor parte del calor se pierde y no influye en la cocción de la comida, desaparece como radiación en el oscuro cielo nocturno. Muy ineficiente.
De hecho, tenemos que utilizar cientos de veces más energía para crear las parejas de materia/antimateria que el mínimo mc2 teórico, pero nunca obtendremos de vuelta más que mc2.
¿Creáis la antimateria tal y como se describe en el libro?
No. La producción y almacenamiento de la antimateria en el CERN no es en absoluto como se describe en el libro: no puedes estar al lado del Large Hadron Collider (LHC) y ver salir la antimateria, especialmente cuando el acelerador LHC no está aún operativo. Para crear antiprotones hacemos colisionar protones con un bloque de tungsteno (Wolframio). De esto sale un gran número de partículas, algunas de las cuales son antiprotones. Solo los antiprotones son útiles, y solo aquellos que vuelan en la dirección correcta. Así que ahí es donde está la pérdida de energía: es como intentar regar una maceta de flores pero con un aspersor que rocía el agua sobre todo el jardín. Por supuesto, nosotros constantemente aplicamos nuevos trucos para ser más eficientes en la recogida de los antiprotones, pero en el nivel de partículas elementales esto es extremadamente difícil y a veces imposible.
¿Entonces por qué construyen el LHC?
La razón para construir el acelerador LHC no es para crear antimateria sino para producir concentraciones de energía suficientemente altas para estudiar los efectos que nos ayudarán a comprender algunas de las cuestiones restantes en física. Decimos concentraciones, porque no hablamos de enormes cantidades de energía sino enormes concentraciones. La energía de cada partícula que aceleraremos en el LHC es equivalente a la energía del vuelo de un mosquito. No es mucho en términos absolutos, pero estará concentrada en un espacio muy pequeño y dentro de ese espacio diminuto las cosas se parecerán al estado del universo cerca del Big Bang.
Se puede comparar el efecto de la concentración con lo que la gente puede aprender sobre la calidad de un suelo de madera andando sobre éste. Si un hombre corpulento llevando zapatos normales y una pequeña mujer llevando zapatos con tacón de aguja caminan sobre el mismo suelo, el hombre no hará abolladuras, mientras que la mujer, a pesar de su bajo peso, puede dejar huellas: la presión creada en los tacones es mucho mayor. Así que esto es parecido a lo que el LHC hará: concentrar poca energía en un espacio muy pequeño para hacer un enorme efecto de concentración y aprender algo sobre el Big Bang.
¿Tiene el CERN un acelerador de partículas de 27 millas de largo?
El acelerador LHC es un anillo de 27 kilómetros de circunferencia. Hay muchos detalles técnicos en su propia página. El LHC está en un túnel a aproximadamente 100 metros bajo tierra. Puedes ver su contorno en un mapa del área.
De hecho, ¿por qué crean antimateria en el CERN?
La razón principal es para estudiar las leyes de la Naturaleza. Las teorías de la física actuales predicen un número de efectos, y muchos de los efectos incluyen antimateria. Si en los experimentos no se cumplen las predicciones, entonces la teoría no es correcta y debe ser corregida o revisada. Así es como la ciencia progresa.
Otra razón es para obtener densidades de energía extremadamente altas en colisiones de partículas de materia y antimateria, ya que se aniquilan completamente cuando se encuentran. De esta aniquilación de energía otras partículas interesantes pueden ser creadas (así era como operaba principalmente el colisionador Large Electron Positron o LEP).
¿Cómo es extraída la energía de la antimateria?
Cuando una partícula de materia normal impacta con una partícula de antimateria, estas se aniquilan mutuamente con un estallido de pura energía muy concentrada, a consecuencia del cual se crean partículas. Estas nuevas partículas pueden ser partículas de materia o partículas de energía (fotones), dependiendo de un número de factores, con una restricción obvia que la energía total entrante es exactamente igual a la energía que sale. Casi todo termina como calor. No es muy útil.
¿Cómo de segura es la antimateria?
Es perfectamente segura, ya que podemos crear cantidades diminutas. Sería muy peligrosa si pudiéramos fabricar unos pocos gramos de antimateria, pero no podemos.
De ser así, ¿tiene el CERN protocolos para mantener la seguridad pública?
No hay peligro de la antimateria. Por supuesto hay otros peligros en el CERN, al igual que en cualquier laboratorio: alto voltaje en determinados sitios, profundos fosos, etc. Pero para estos peligros las usuales medidas de seguridad industriales están por supuesto en su sitio. No hay peligro para el público de fugas radiactivas como se puede encontrar alrededor de centrales nucleares. Ni siquiera hay peligros indirectos como los de una central térmica o de petróleo que producen contaminación a largo plazo y calentamiento global.
¿Contiene un gramo de antimateria la energía de una bomba nuclear de veinte kilotones?
Un “kilotón” en este contexto significa mil toneladas de explosivo TNT. Veinte kilotones es el equivalente a la bomba que destruyó Hiroshima.
La pregunta es un tanto confusa: estás hablando probablemente de la explosiva liberación de energía por la súbita aniquilación de un gramo de antimateria. Calculémoslo.
Un “kilotón de TNT” no es una unidad métrica, corresponde a 4.2x1012 julios*. Una bombilla de 60 vatios consume 60 julios de energía por segundo. La notación 1012 significa un 1 seguido de 12 ceros.
1’000 = kilo = 103
1’000’000 = mega = 106
1’000’000’000 = giga = 109
1’000’000’000’000 = tera = 1012
Así que un kilotón son 4.2 terajulios o 4.2 TJ.
Un gramo es 0.001 kg. La velocidad de la luz es 300’000 km/s o 300’000’000 metros/s. Ya que E=mc2 , para un gramo obtenemos:
E= 0.001 x 300’000’000 x 300’000’000 kg2 /s2 = 90’000’000’000’000 J o 9x1013 julios o 90x1012 J o 90 TJ.
Si 4.2 TJ corresponden a un kilotón de TNT, entonces 90 TJ corresponden a 90/4.2 = 21.4 kilotones. Casi exacto.
Pero para la bomba de antimateria estamos hablando realmente de dos gramos: un gramo de antimateria, aniquilándose con un gramo de materia normal, y por tanto ¡se libera dos veces esa cantidad! Se necesita solo medio gramo de antimateria para que sea igualmente destructiva que la bomba de Hiroshima, el medio gramo de materia normal es bastante fácil de encontrar.
En el CERN creamos cantidades del orden de 107 antiprotones por segundo y hay 6x1023 de ellos en un solo gramo de antihidrógeno. Se puede calcular fácilmente cuánto tiempo tendríamos que trabajar para obtener un gramo si pudiéramos crear las 107 antipartículas cada segundo: necesitaríamos 6x10(23-7) = 6x1016 segundos. Solo hay 365x24x60x60 = 3x107 segundos en un año, así que nos llevaría aproximadamente 6x1016 /3x107 = 2x109 o ¡alrededor de dos mil millones de años! Por supuesto, sería completamente imposible almacenar esta cantidad de carga eléctrica negativa pura.
¿Realmente inventaron los científicos del CERN la Internet?
No. Internet estuvo basada originalmente en el trabajo hecho por Louis Pouzin en Francia, continuado por Vint Cerf y Bob Kahn en EEUU en la década de 1970. La web sin embargo fue inventada y desarrollada completamente por Tim Berners-Lee y un pequeño grupo en el CERN durante 1989-1994. La historia de Internet y la Web puede ser leída en “How the Web was born”. Quizá no es tan “sexy” como “Ángeles y Demonios”, pero todo en “How the Web was born” son testimonios e investigaciones de primera mano.
¿Posee el CERN un avión espacial X-33?
No.
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. Que se haya creado una red GRID, ó que se haya avanzado muchisimo en el tema de computación en el CERN, es simplemente consecuencia de las necesidades del LHC, no es que el LHC sirva para que tengamos en 15años internet a 1000000 millones de gigas x segundo 
. El LHC SÓLO ES UN ACELERADOR DE PARTÍCULAS ENORME, no tiene ninguna utilidad más ayá de los experimentos que puedan hacerse a escala subatomica.![[+furioso]](/images/smilies/nuevos/furioso.gif "muy furioso")
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