NeoFronteras

¿Antigravedad y antimateria?

Área: Física — Lunes, 25 de Abril de 2011

Proponen que la antimateria y la materia se repelerían debido a la una fuerza de antigravedad.

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Hace unos años la Cosmología parecía explicar bien el Universo. Bastaba saber la cantidad de materia que contenía para deducir el destino final del mismo y su geometría. Al fin y al cabo, sólo había una inercia provocada por el Big Bang y la gravedad de la materia de su interior que se oponía a ese movimiento. Incluso asumiendo una densidad de materia baja, el destino de un Universo abierto no parecía muy catastrófico, ya que el tiempo necesario para una dilución casi total de la materia en un espacio inmenso era extremadamente grande.
La situación cambió cuando al estudiar supernovas de tipo Ia se descubrió que la expansión del Universo se estaba acelerando y que, por tanto, la velocidad a la que se expande el mismo (medido por la constante de Hubble) aumenta en el tiempo.
Como no se sabía muy bien la causa de esa aceleración se le denominó energía oscura. Aquí “oscura” hace referencia más bien a nuestra ignorancia sobre su naturaleza en lugar de a sus propiedades ópticas.
Desde entonces se han propuesto muchas soluciones a la naturaleza de la energía oscura. La que parece encajar bien es la constante cosmológica, aunque no sea posible explicar bien el valor que parece tener. Sería más natural explicar que su valor es cero que cualquier otro valor.
A falta de más datos experimentales, la energía oscura ha sido terreno abonado para toda clase de especulaciones. Algunas de esas ideas las hemos cubierto en NeoFronteras.
Ahora, una nueva propuesta atrevida mantiene que la energía oscura sería una antigravedad producida entre materia y antimateria. Esta idea mataría además dos pájaros de un tiro pues no habría necesidad de explicar la asimetría entre materia y antimateria en el Universo, simplemente no existiría o sería muy débil.
La antimateria está hecha de antipartículas. Una partícula y una antipartícula tienen sus números cuánticos opuestos, pero una antipartícula no está hecha de “antimasa”. La inexistencia de tal antimasa ha hecho creer a los físicos que la antimateria se comportaría en el campo gravitatorio de la misma manera que la materia ordinaria.
Pero los experimentos gravitatorios con antimateria son muy complicados de realizar. Generalmente sólo se dispone de unas pocas partículas que pesan prácticamente nada. Se han propuestos varios experimentos con antiprotones circulando en columnas verticales, pero no parece que haya resultados interesantes al respecto.
Massimo Villata, del Osservatorio Astronomico di Torino, propone que la fuerza de gravedad entre materia y antimateria sería repulsiva y que esto se puede encontrar en la Teoría General de la Relatividad (RG). Según él no se requieren cambios en las teorías establecidas. Básicamente a un antiNewton le cae una antimanzana en la cabeza, al igual que a Newton le cae la manzana, pero a Newton no le caería una antimanzana, sino que ésta sería repelida por la gravedad de la Tierra.
Según Villata no hace falta buscar ideas heréticas respecto a la Física conocida, sino que la antigravedad surge de manera natural de la RG y de la simetría CPT. Básicamente la antimateria puede considerarse una materia que se mueve hacia atrás en el tiempo.
La simetría CPT liga la carga, la paridad (esto tiene que ver con el intercambio entre derecha e izquierda y con el cambio en el spin de las partículas) y el tiempo. Si se da esta simetría en la Naturaleza (hasta ahora no se han encontrado pruebas de lo contrario pero se sospecha que se puede romper) significa que para transformar un sistema físico de materia en su equivalente en antimateria descrito por las mismas leyes físicas no sólo hace falta reemplazar las partículas por antipartículas (la C) sino que además hay que efectuar una operación PT. Bajo esta perspectiva la antimateria puede verse como materia normal que sufre una transformación CPT completa en el que la carga, la paridad y el tiempo se invierten. Aunque la carga no afecta a la gravedad, la paridad y el tiempo juegan un papel. Así que aunque la antimateria tiene masa positiva puede ser considerada que tiene una masa gravitatoria negativa, pues en la RG la masa también dependería de la sensibilidad a PT. Naturalmente Villata tiene que asumir que la RG es invariante bajo CPT para que todo funcione.

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Esquema del experimento AEGIS. Está basado en la difracción de antihidrógeno en la campo gravitarorio terrestre. Fuente: CERN.

Según dice Villata la simetría CPT implica que la antimateria existe en un espacio-tiempo invertido. El signo menos aparece en las ecuaciones de movimiento si, por ejemplo, dejamos una antimanzana en el campo gravitatorio de la Tierra. En ese caso la antimanzana sería repelida.
Si todo esto es verdad tendría importantes consecuencias. Todos sabemos que la materia y antimateria se aniquilan entre sí, pero si se repelen gravitatoriamente entonces es posible que haya regiones aisladas de materia y antimateria en el Universo y que haya una fuerza de antigravedad que las aleje entre sí. De este modo el Universo estaría sufriendo una expansión extra debido a este efecto y no haría falta invocar a la energía oscura. Incluso quizás no sería necesaria la materia oscura.
Según Villata la antimateria existiría en los grandes vacíos de decenas de Megaparsecs de diámetro que hay entre los supercúmulos de galaxias. En estudios previos se propuso que esos vacíos se formarían a partir de pequeñas fluctuaciones del campo de densidad primordial. La mala noticia es que todavía no se ha observado antimateria (ni nada) en esos vacíos.
La idea es cuanto menos arriesgada. La antimateria se agregaría igual que la materia y se producirían antiplanetas, antiestrellas y antigalaxias que emitirían luz ordinaria que deberíamos ver y no vemos. De los “vacíos” que dice Villata no nos viene ningún tipo de luz. Otro problema es que tanto la fuerza de gravedad como la de antigravedad tienen la propiedad de disminuir con el inverso del cuadrado de la distancia. Por tanto, la repulsión que Villata describe debe disminuir con el tiempo según el Universo se expande y, por tanto, no habría aceleración en la expansión, pues cuanto más se expande el Universo más disuelta está la masa, sea de materia o de antimateria. Por el contrario en la teoría alternativa más aceptada, la de la constante cosmológica, está está originada por el propio espacio y no por la materia que lo contiene, según el Universo se expande y se crea más espacio, los efectos de la constante cosmológica se hacen más intensos y sí se produce aceleración en la expansión.
Pero puede que pronto salgamos de dudas. El experimento AEGIS ya diseñado en el CERN estudiará el comportamiento de materia y antimateria en el campo gravitatorio terrestre. La idea es comparar el comportamiento de átomos de hidrógeno y antidrógeno (de momento las antimanzanas no se pueden conseguir y habrá que esperar a producir y controlar el antihidrógeno) cuando se pueda producir y almacenar apropiadamente. Si su comportamiento es el mismo entonces esta idea iría directamente a la basura.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=3468

Fuentes y referencias:
Artículo en ArXiv.
Artículo en Europhysics Letters.
Foto cabecera: NeoFronteras.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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9 Comentarios

  1. Gerardo:

    Seria una respuesta simple y elegante, seria una navaja de Occam perfecta. Apuesto a que es cierta

  2. lluís:

    Faltan aproximadamente tres horas cuarenta minutos para que la NASA,mande a la ISS un espectrometro(Alpha Magnetic Spectrometer), con el cual se podrá dilucidar también (a parte del experimento del CERN)la cuestión de los origenes del universo, y para ello buscará la antimateria que debió producirse junto con la materia en el Big-Bang.Esperemos que pronto podamos comer “antimanzanas” o ver “antiagujeros negros”.

  3. PS Neutri:

    Yo estoy bastante de acuerdo con esta teoría, la comenté en mi universidad el año pasado, aunque nadie me tomo en serio (es lo que tiene ser aun un estudiante).

    Y sobre el artículo, dice que no explica la aceleración que sufre el universo, pero si lo hace. Esta fuerza de repulsión generará siempre una aceleración, por lo que el universo siempre seguirá expandiendose, otra cosa es que esta aceleración sea cada vez menor, ya que cada vez los cúmulos de materia-antimateria estarán mas separados. Además de explicar perfectamente el origen de los sucesos que nos hacen pensar en materia y energía oscuras, podría hacelo con otros, como el origen de la inflación (pensemos en toda la repulsión en un universo primordial) o el porqué según algunos estudios se observa que la luz se atenúa mucho al pasar por los grandes vacíos cósmicos.

    Pero el hecho de que observacionalmente no hayamos observado antimateria en grandes cantidades es un indicativo de que esta teoría falla en algún lado. Aunque también puede ser que no conozcamos el porqué no podamos verlas.

    Al fin y al cabo esto siguen siendo teorías, cual será la correcta lo decidirá el tiempo y los nuevos avances. Espero que pronto se realice un experimento en el que se pueda comprobar si la antimateria es repelida por la materia o se comporta como clasicamente se ha supuesto siempre.

  4. Pregunton:

    Me gustaría que alguien me aclarase un sencillo punto: cuando observo materia distante, con z de escándalo, ¿cómo puedo saber si es materia o antimateria lo que estoy viendo? Es la misma química y espectrometría, por tanto es totalmente imposible saber si la galaxia o el cuásar V Pino es de materia o antimateria. La única forma de detectarlo es poder ver la aniquilación mutua de materia-antimateria, pero si un objeto cósmico lejano es de antimateria, no hay forma, ¿no es así? Teóricamente el 99% del universo que observamos podría perfectamente estar hecho de antimateria. ¿Me equivoco?

  5. tomás:

    Me parece muy razonable esta teoría; también el comentario de PS Neutri y la esperanza de lluís.

  6. NeoFronteras:

    Por definición, que exista aceleración significa que la velocidad de recesión aumenta en el tiempo. Esto es, para una distancia dada, la constante Hubble aumenta en el tiempo.
    Si no hay proceso de creación de materia (o antimateria) entonces la densidad de la misma debe disminuir en el tiempo y a menor densidad menor atracción gravitatoria (o antigravitatoria si esta hipótesis es cierta). En este caso tratado aquí, si tenemos en cuenta esto último, la supuesta aceleración debe disminuir en el tiempo.
    Lo malo es que carecemos de datos observacionales suficientes para decantarnos por una u otra teoría. Lo ideal sería lanzar un telescopio especial dedicado a la observación de supernovas tipo Ia. Cuanto más lejos en el espacio se observa más atrás en el tiempo se está observando el estado del Universo y mejor se puede inferir lo que pasó.
    Si la hipótesis de la constante cosmológica es cierta entonces tuvo que haber un momento en el que la gravedad estaba ganando a la expansión (desaceleración) y esa tendencia se invirtió después (al crear más espacio). Si esta hipótesis de la antimateria es cierta, entonces eso no fue así, pues en el pasado la densidad de materia-antimateria era mayor y la repulsión entre ellas también.

  7. NeoFronteras:

    Sobre las galaxias indistinguibles de antimateria efectivamente no habría manera de saberlo a no ser que haya un proceso de aniquilación, es decir, que halla contacto con materia. De ahí viene el problema. Conforme nos vamos más hacia atrás en el tiempo las galaxias y cúmulos están más juntos y si están hechos unos de materia y otros de antimateria entonces se aniquila todo y sólo queda una sopa de rayos gamma.
    Para que esto no ocurra hay que arbitrar un mecanismo que separe materia y antimateria al poco de darse el Big Bang. Según esta hipótesis de la antigravedad, una vez tenemos esa separación la supuesta repulsión mantiene separada a ambos tipos, ya que hay suficiente masa como para que opere el mecanismo. Sin embargo, si el Big Bang creó cantidades comparables de ambos tipos de materia, entonces creó partículas mezcladas de ambos tipos y, por tanto, como no hay masa suficiente como para que haya repulsión y separación y entonces se aniquilan.

  8. David:

    Lo contrario de la gravedad debería haber sido la agudidad, _en ved de antigravedad si hubiese una fuerza intermedia, entonces esta debería ser conocida como medidad… Y así tendríamos: graves, agudos y medios.

    ¿Por que le pusieron gravedad a la fuerza de atracción o tractora?

    Por otro lado, antimateria suena como algo inmaterial, a no materia ¿que es antimateria? he leido algo, y es algo así como que una es positiva y la otra es negativa, como el electrón y el protón. El antiprotón sería negativo y el antielectrón positivo, pero ¿y el antineutrón?.

    ¿Por que materia y antimateria se aniquilan en contacto?

  9. tomás:

    Tras leer al estimado David, he querido comprobar su última frase. Me ha costado en tiempo y euros encontrar una antimanzana. La he comido y me ha producido un terrible dolor de estómago. Suponiendo que había anulación de masa, he ido a una consulta homeopética -las únicas capaces de curar cosas tan graves- donde me han preparado una especie de antidisolución en antiagua de una antisustancia. Me han explicado haber tenido que utilizar la antimemoria del agua; supongo que el olvido. ¡Una antimaravilla!

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