1.1 La antimateria - Resumen Fisica 2 PDF

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Resumen de lo mas importante de la antimateria de Quimica...

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Universidad Autónoma de Yucatán Facultad de ingeniería

Búsqueda de información: La antimateria

Br. Irving Leonel Valencia May Fecha: 16 de agosto del 2018

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Índice: Introducción:

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La antimateria

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Paul Dirac y el descubrimiento de la antimateria

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El origen de Universo

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Aplicaciones de la antimateria

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La antimateria se puede crear, pero no almacenar

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¿Qué es lo que más me llamo la atención?

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Conclusión

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Bibliografía

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Introducción Para el hombre el concepto antimateria es incomprensible. Para algunos la palabra es parte de su palabra, pero no de su comprensión. Son muy pocos los que tienen una idea de lo que antimateria significa. Son muy pocos los que poseen alguna noción, aunque sea muy vaga, de las teorías que la sustentan y que le dieron origen, a pesar de que estas últimas forman parte de la cultura universal de nuestro tiempo. En las próximas paginas expondré, desde un punto de vista conceptual, el origen y desarrollo de la antimateria, de los elementos que lo conforman, la ecuación que le dio origen a su concepto, los descubridores de sus partículas, de sus aplicaciones en el ámbito de la salud y en la creación de energía, de las teorías de su desarrollo y finalmente se abordara el tema de la creación y almacenamiento de la antimateria en nuestros días.

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La antimateria Como su nombre indica, el concepto de antimateria hace referencia a una materia compuesta por antiátomos. Es decir, si los átomos están compuestos por electrones, protones y neutrones; los antiátomos están compuestos por antielectrones, antiprotones y el inexplicable antineutrón. Las antipartículas tienen la misma masa y el mismo espín que las partículas, pero propiedades electromagnéticas, como la carga y el momento magnético, opuestas. Las unidades elementales de la antimateria son el antiprotón, con carga negativa; el antielectrón, llamado positrón, con carga positiva. El protón está en el núcleo del átomo de la materia, y el antiprotón en el núcleo del átomo de la antimateria. El electrón es la partícula que orbita alrededor del núcleo de la materia, y el positrón es la que orbita alrededor del núcleo de la antimateria.

Paul Dirac y el descubrimiento de la antimateria La historia del descubrimiento de la antimateria es muy significativa. Nos remontamos a comienzos de la década de los años 30 del siglo pasado. El genial físico Británico Paul Dirac trataba de unificar dos de las corrientes de la física más importantes, la relatividad especial y la mecánica cuántica, en un mismo marco teórico describiendo un electrón que se mueve a velocidades cercanas a la luz. Y lo consiguió. Formuló lo que a día de hoy se conoce como ecuación de Dirac, una ecuación tan sencilla y bella que abrumó a la comunidad científica del momento. Pero a pesar de su belleza, la ecuación predecía algo que parecía imposible, partículas con energía negativa. De la misma forma que la ecuación x²=4 4

posee dos soluciones (x=2 y x=-2), una de las soluciones de la ecuación de Dirac parecía indicar que las partículas podían tener una energía menor que la energía del reposo. Es decir, que podían tener una energía menor que la energía que tienen cuando no hacen absolutamente nada. Y he aquí la genial interpretación de Dirac de las partículas con energía negativa. Esas soluciones realmente apuntaban a que existía un “mar” de partículas que tenían energías más bajas, un “mar” que hasta el momento había pasado desapercibido para la física. Y es que cuando una partícula “normal” salta de un nivel de energía bajo a uno más alto, deja un hueco en el nivel de energía bajo, del que proviene. Si esta partícula tiene una carga negativa, digamos que es un electrón, el hueco que deja pasa a tener un déficit de carga negativa, o lo que es lo mismo, una carga positiva, ¡un positrón! Aparecían así por primera vez, a nivel teórico, las antipartículas. El modelo matemático propuesto por Dirac, condujo a dos posibles soluciones. Una para describir el comportamiento de los electrones y otra que predice la existencia de electrones cargados positivamente, son los positrones. El positrón es la imagen especular del electrón, igual masa y con carga de signo opuesto. De su ecuación se desprendía también que el encuentro de un electrón con un antielectrón hacía que ambas partículas se aniquilaran mutuamente y que se transformaran en fotones.

El origen del Universo La bariogénesis es el término genérico utilizado para referirse a los hipotéticos procesos físicos que produjeron una asimetría entre bariones y anti-bariones durante los primeros instantes de la creación del universo, resultando en cantidades elevadas de materia ordinaria residual en el universo hoy en día. Hay tres hipótesis de la bariogénesis: Primera hipótesis: las investigaciones de tres científicos japoneses (Yoichiro Nambu, MakotoKobayashi y Toshihide Maskawa) confirmaron la teoría de que por cada 10.000 millones de partículas de materia que surgió en el Big Bang, se 5

produjeron 10.000 millones menos 1 partícula de antimateria. Esta diferencia de 1 a 10.000 millones fue la causa de que la balanza se inclinara a favor del cosmos en vez de a la nada. Si no hubiera sido así, si en el momento del Big Bang hubiera habido igual número de partículas de materia y de antimateria, todo habría quedado reducido a una gigantesca producción de rayos gamma y de fotones, hoy no habría estrellas ni galaxias ni nebulosas y nosotros no existiríamos para estar pensando en estas cosas.

Segunda hipótesis, sugerida en 1967 por el físico ruso Andréi Sájarov, postula que las partículas y las antipartículas no tienen propiedades simétricas exactamente iguales. Recientes experimentos en el acelerador KEK de Japón, sugieren que esto quizás sea cierto, y que no fue necesario ese pequeñísimo exceso de materia en el Big Bang, porque simplemente las leyes físicas que rigen el universo favorecen la supervivencia de la materia frente a la antimateria. Una tercera hipótesis plantea que puede haber regiones del Universo compuestas de antimateria. Hasta la fecha no existe forma de distinguir a largas distancias entre materia y antimateria. La NASA ha enviado una sonda al espacio para buscar rastros de antimateria, que pudiesen indicar que todavía existe antimateria en el Universo. Sin embargo, hasta ahora, los experimentos no han detectado.

Aplicaciones de la antimateria 6

Una de las aplicaciones más fascinantes que tiene la antimateria es en la medicina. La tomografía por emisión de positrones usa estas partículas para producir imágenes de alta resolución del cuerpo humano. Este tipo de imágenes son altamente eficaces a la hora de detectar, entre otras cosas, tumores. También se están investigando su uso en terapias contra el cáncer. El objetivo es la destrucción de tejidos cancerosos mediante antiprotones. Además, el futuro podría parecer prometedor en el campo de la producción de energía. Y es que como decíamos, cuando la materia se encuentra con antimateria se aniquilan dando lugar a una buena cantidad de energía en forma de luz. Para hacernos una idea, un gramo de antimateria liberaría la cantidad de energía equivalente a una bomba nuclear

La antimateria se puede crear, pero no almacenar El positrón se produce espontáneamente en nuestro Universo, debido a lo cual fue la primera partícula de antimateria observada. Sólo hay que saber buscarla y hacerlo con los medios adecuados. Otra cosa muy diferente es la frecuencia de encontrarse el antiprotón y el antineutrón. Los antiprotones fueron producidos por primera vez en; el acelerador de partículas del Lawrence Berkeley National Laboratory; por Emilio Gino Segré y Owen Chamberlain en 1955, físicos de la Universidad de California en Berkeley. El proceso consistió en bombardear una lámina de cobre con protones de alta energía. La creación de antimateria por el desacelerador de antiprotones: El Antiprotones Desacelerador (EA) ofrece antiprotones de baja energía, principalmente para el estudio de la antimateria. Anteriormente, "fábricas antipartícula" en el CERN y en otras partes consistieron en cadenas de aceleradores, cada uno realizando uno de los pasos necesarios para proporcionar antipartículas para

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experimentos. Ahora el AD realiza todas las tareas por sí solos, de hacer antiprotones para entregarlos a los experimentos. El punto de partida es un haz de protones del Sincrotrón de Protones (PS), que se disparó en un bloque de metal. La energía de las colisiones es suficiente para crear un nuevo par de protones-antiprotones aproximadamente una vez cada millón de colisiones. Los antiprotones producido viajes a casi la velocidad de la luz y tener demasiada energía para ser útil para hacer antiátomos. También tienen una gama de energías y se mueven al azar en todas las direcciones. El trabajo del AD es domar estas partículas rebeldes en un haz de baja energía útil. Un anillo de flexión y centrándose imanes mantiene los antiprotones en la misma pista, mientras que fuertes campos eléctricos aminore su velocidad. Pasando los antiprotones través de las nubes de electrones - una técnica conocida como "enfriamiento" - reduce el movimiento lateral y la difusión de las energías. Finalmente, cuando los antiprotones han disminuido a alrededor de 10% de la velocidad de la luz, que están listos para ser expulsado. Un "ciclo de desaceleración" ha terminado: ha durado alrededor de un minuto. En 2002, la AD fue noticia en todo el mundo cuando los experimentos ATHENA y ATRAP hicieron con éxito un gran número de antiátomos por primera vez. La antimateria no puede ser preservada en un recipiente de materia ordinaria, porque al reaccionar con cualquier partícula de materia que toca, se aniquila a sí misma. La antimateria en forma de partícula cargada se puede contener por una combinación de un campo eléctrico y un campo magnético, en un dispositivo llamado trampa de Penning o trampa iónica. Este dispositivo no puede, sin embargo, contener la antimateria que se compone de partículas sin carga, para lo cual se utiliza una trampa atómica. En particular, una trampa de este tipo puede utilizar el momento (bien sea magnético o el de un dipolo eléctrico ) para atrapar las partículas. En cámaras de vacío, las partículas de materia o de antimateria se pueden atrapar y enfriar con radiación láser ligeramente fuera de resonancia utilizando una trampa magneto-óptica o una trampa magnética (en el caso de átomos o partículas sin carga). También podrían ser suspendidas con pinzas ópticas, utilizando un haz de láser altamente enfocado, aunque esto no asegure un método de preservación tan a "largo" plazo como los anteriormente descritos]. En el 2011, científicos del CERN lograron preservar algunos 8

cientos de átomos de antihidrógeno durante algo menos de 17 minutos (1000 segundos).

¿Qué es lo que más me llamo la atención sobre el tema? Me llamo mucho la atención saber el concepto de antimateria, saber de qué elementos está integrada; antielectrón, antiprotón, neutrón, sus características y propiedades de los mismos, ya que son iguales a las partículas con las que está formada su hermana gemela, la materia. Otro dato que me intereso fue el de la bariogénsis, ya que pude saber algunas de las teorías elaboradas por grandes científicos sobre la creación del universo, en él se abordó tres teorías sobre porque existimos, porque la materia solo existe y la antimateria no, esto lo debemos investigar más afondo por ser un tema de suma importancia. Y un dato más que con una mínima cantidad de antimateria y materia, al hacerlas entrar en contacto podremos crear una explosión mayor a la de una bomba atómica.

Conclusión 9

Lo expuesto a lo largo del trabajo permitió conocer el concepto de la antimateria, de las partículas que la integran, de los hombres que colaboraron para darle origen y desarrollo en la ciencia. Al igual que la ecuación que demuestra la existencia de sus partículas y de las teorías que fueron hechas con el fin de demostrar su posible existencia en el mundo. Con esta información llegamos a la conclusión que la antimateria se puede crear en nuestros días, por máquinas de alta tecnología, aunque sea muy cara su elaboración, pero no se puede almacenar de manera posible, al igual que tiene unos excelentes beneficios en el área de la salud en cuanto a detectar tumores en el cuerpo y en el área de la creación de la energía.

Bibliografía: La antimateria en el origen de la materia- origen, evolución y creación del hombre http://www.elorigendelhombre.com/antimateria.html

¿Qué es la antimateria y por qué es tan importante para la ciencia? http://www.rewisor.com/que-es-la-antimateria/

Benítez, Manuel. Antimateria, superconductividad, big bang, la estación espacial internacional y los vuelos interplanetarios. Vol. 102, Nº. 1, pp 37-63, 2008. Rev.R.Acad.Cienc.Exact.Fís.Nat. (Esp).

Kragh, Helge. (1999). Generaciones cuánticas, una historia de la física del siglo XX. Madrid. Ediciones Akal, S.A

Alonso, Marcelo. Finn, Edward. (1968). Física vol.III, fundamentos cuánticos y estadísticos. Massachussets, E.U.A. Ediciones Iberoamericana.

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