La verdadera ciencia de la película “Ángeles y Demonios”

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A la mayoría de la gente no le interesa la ciencia ni las noticias científicas, salvo cuando se estrena una película que utiliza algo científico como excusa. Entonces, todo el mundo está “mágicamente” interesado en la ciencia de la película y en la posible ciencia “verdadera” detrás de dicha ciencia de película. En “Ángeles y Demonios,” Dan Brown (antes conocido por “El Código Da Vinci”) utiliza la antimateria producida en el LHC del CERN como arma terrorrista contra el Vaticano. Hay muchísimos artículos sobre el tema en la web. Escojamos uno y veamos qué dice. Paul Preuss, “Angels, demons, and antihydrogen: The real science of anti-atoms,” Berkeley Lab’s News Center, May 5, 2009. ¿Por qué este? Parece que ha gustado a muchos.

Tom Hanks en “Ángeles y Demonios” debe descubrir una bomba hecha de antimateria (según Brown “la última fuente de energía”) antes de que destruya al Vaticano. La antimateria ¡uy, qué miedo! La antimateria se conoce experimentalmente desde 1933. Nos rodea por todas partes y en todo momento (en los rayos cósmicos que inciden sobre la atmósfera, en los escáner tipo PET (tomografía por emisión de positones) de los hospitales, y en trazas de materiales radioactivos en muchos materiales que nos rodean). ¿Por qué no lo notamos? Porque la vida media de las partículas de antimateria es corta. Pronto encuentran una partícula de materia y se aniquilan mutuamente. Estas aniquilaciones raras veces generan energía suficiente para que las notemos. Se requiere para ello instrumental de alta tecnología, como en los escáneres PET.

La antimateria son antielectrones (positones), antiprotones y muchas otras antipartículas (algunas partículas son iguales a su antipartícula), pero también hay antiátomos: la colaboración internacional ALPHA (Antihydrogen Laser Physics Apparatus) del CERN lleva fabricando antihidrógenos, un positón orbitando un antiprotón, desde hace varios años. La antimateria se aniquila con la materia produciendo energía. ¿Cuánta energía? Mucha, un miligramo de antimateria produciría el equivalente a 43 toneladas métricas de TNT. El problema es que para generar dicha cantidad de antimateria es necesaria muchísima más energía, una cantidad demasiado grande para que sea factible fabricar un miligramo.

¿Para qué fabrican los físicos antihidrógeno? Para estudiar la posible violación de ciertos “sacrosantos” de la física de partículas, como la invarianza CPT (las leyes de la física de partículas compatibles con la relatividad de Einstein exigen que cambiar las cargas de todas las partículas, invertir el sentido del tiempo y mirar el proceso en un espejo no afecte a dicho proceso físico). La invarianza CP es violada por ciertos procesos físicos (interacciones electrodébiles). Hasta el momento, la invarianza CPT parece inviolable. El antihidrógeno también se está utilizado para verificar si la gravedad afecta en igual medida a los átomos y a los antiátomos.

¿Cuántos antihidrógenos se fabrican actualmente en la colaboración ALPHA del CERN? Antes de 2002 sólo se habían fabricado unos cientos de antihidrógenos en todo el mundo (en el CERN y en el Fermilab). Actualmente ALPHA y otro experimento parecido, ATRAP, han fabricado cientos de millones de antihidrógenos. La receta para fabricar, pongamos, mil antihidrógenos (el antiátomo más simple) es sencilla: tómense dos mil antiprotones y enfríense a unos pocos grados Kelvin sobre el cero absoluto; repítase la misma operación con dos mil antipositones; seguidamente mézclense en una trampa (magnética) de átomos, manteniendo la baja temperatura; casi mil antihidrógenos se formarán “espontáneamente.” Parece fácil. Obviamente, no lo es y está al alcance de pocos en el mundo. El experimento ALPHA, en 2008, es capaz de almacenar en una trampa magnética hasta 20 millones de antiátomos (se van añadiendo antiátomos a la trampa en fases sucesivas mediante un procedimiento cíclico).

Cientos de millones de átomos de antihidrógeno parecen muchos pero ¿cuánto pesan en gramos? Recuerda el antihidrógeno pesa lo mismo que el hidrógeno. ¿Cuántos átomos de hidrógeno hay en un miligramo? Omitiré los cálculos, por otro lado triviales si se conoce el valor del número de Avogadro. En cualquier caso, lo repito, hoy por hoy es imposible fabricar un miligramo de antihidrógeno en el CERN.

7 comentarios

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Hector M Hector M

Un post muy aclaratorio.

Una duda de un analfabeto impenitente: ¿qué es la invarianza CP? ¿y cómo es que es una invarianza es inviolable?

Por cierto, en la última línea ¿querrías decir antihidrógreno? ¿no? 😛

emulenews emulenews

Gracias por el comentario. Última línea corregida.

Brevemente. La invarianza relativista de una teoría física (por ejemplo una teoría cuántica de campos) lleva asociada la invarianza ante ciertas transformacioneas geométricas “discretas” o topológicas. Por un lado, la invarianza de paridad (P): el mundo de Alicia en el espejo cumple las mismas leyes que fuera del espejo. Por otro lado, la invarianza de inversión temporal (T): las leyes físicas son compatibles con el que tiempo avance hacia adelante o hacia atrás. Finalmente, la invariánzca por conjugación de cargas (topológicas): invertir el signo de las cargas (topológicas como la carga eléctrica, espín o la dirección de ciertos vórtices en un espacio de configuración).

¿Existen teorías matemáticas relativistas que no cumplan las tres invarianzas (CPT)? Sí, pero a finales de los 1950 varios teóricos argumentaron que, bajo condiciones muy generales, las teorías físicas “correctas” deberían ser invariantes CPT (por eso le llaman teorema CPT). Hay varias propiedades “genéricas” que deben cumplir las teorías cuánticas de campos “correctas” como la renormalizabilidad. Por ahora todas las teorías experimentalmente verificadas las cumplen. Eso sí, si tú te inventas una nueva teoría lo más habitual es que nos la cumpla. Estas “leyes genéricas” sirven para guiar a los teóricos a la hora de descubrir/desarrollar nuevas teorías.

En 1957, los jóvenes físicos japones Yang (34) y Lee (31) recibieron el Premio Nobel por entender que la simetría de paridad podía violarse en procesos que involucran la fuerza nuclear débil (Richard Feynman soltó la liebre, comentó la posibilidad en una conferencia, y la doctora Wu realizó el experimento propuesto por Yang y Lee que lo verificó, ella debería haber recibido el Nobel pero ya se sabe, siendo mujer).

Actualmente sabemos que las invarianzas C, P, CP, PT, CT, se violan en la Naturaleza de los procesos débiles. Sin embargo, no hay evidencias experimentales de que la invarianza CPT (conjunta) se viole.

¿Invarianza CPT es inviolable? Quizás mi elección de la palabra no es correcta. Sólo se trata de una invarianza que hasta ahora no se ha demostrado que se viole en la Naturaleza. Por ahora es un “teorema genérico.” Ya hay investigadores que han mostrado como superar las barreras de dicho teorema, sin embargo, a la Naturaleza parece que no le gusta violarlas.

marielvis marielvis

bueno desde pequeña 100pre me ha llamado la atencion la ciencia de angeles y demonios todo desde su comienzo en la tierra pero yo quiesiera saber todos sobre lo q ha sodo su comienzo y ma gustaria saber toda su histoia por favor nesesito saber plis soy marielvis toledo los adoro chau

emulenews emulenews

Angela, son dos cosas completamente diferentes. Brevemente, el bosón de Higgs es una partícula, como puede ser un fotón o un electrón. La antimateria son dos cosas. Por un lado, todos las partículas tienen asociadas antipartículas (o partículas de antimateria), salvo que ambas sean idénticas; al electrón se le asocia el positrón (antielectrón), pero el fotón y el Higgs son idénticos a su antipartícula (o si lo prefieres no existe el antiHiggs igual que no existe el antifotón).

La wikipedia te aclarará qué es la antimateria si quieres más detalles.

amarashiki amarashiki

Un matiz Francis, para los lectores. No existe el antiHiggs para los Higgses neutros(sin carga eléctrica, sin carga de color o sin carga bajo grupo gauge). Si hay Higgses cargados, podemos hablar de antiHiggses…

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