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Para el profe Heber quien me enseñó las tres preguntas mas importantes.

pan francés.

INTRODUCCIÓN

La antimateria se fue ganando un lugar en la cultura de varios países, y en las historias de la ciencia ficción, desde su conceptualización por parte de Paul Dirac en 1928. Continuando con la posterior creación de anti hidrógeno por el Centro Europeo de Investigación Nuclear (CERN) en 1995.  Los conceptos de anti energía ó anti bombas, se hacian cada vez mas famosos.

Esto es debido a su naturaleza altamente destructiva que, al entrar en contacto la materia y anti materia, se aniquilan liberando cantidades exorbitantes de energía.

Para hacerse una idea de la magnitud energética, una reacción de combustión de H2 convierte solo el 0,000000001% de la masa en energía, bastante ineficiente ¿verdad? Sino también tenemos la energía nuclear que está en el rango de 0,7% a 0,8% de masa convertida en energía. Estas cifras anteriores son insignificantes comparadas con la eficiencia energética de la interacción materia antimateria, la cual es del… 100%.

Figura 1.  Comparación de la eficiencia de la antimateria respecto a otras energías. Fuente: Elaboración propia.

AHORA SI, AL ANTI-PAN

Imagina que vas al almacén de la esquina para reponer lo que falta en la alacena, entonces pides 2kg de pan y te dan dos bolsas de 1 kg en cada una. Al tomarlas, sientes rara una bolsa. En efecto, tienes anti-pan en ella, pero no le prestas atención.

Al llegar a casa dejas las bolsas en la mesa, sacas el pan de una y lo pones en una canasta, y vas a guardar la otra en el congelador.  En el camino se te cae un antipan al piso. En el segundo, después de que la materia del piso entre en contacto con el antipan, habrás explotado todo tu barrio. Momentos después toda edificación a 6,36km de radio tendrá daños significativos. Las personas que estén entre los 44 y 53km de radio tendrán quemaduras de 2do grado. Un hongo de 36km de altura se elevará entre los cielos como un gigante al que despertaron, tan grande que cuadriplica la altura del Everest.

¿Qué pasó?

En un principio debes entender que acabas de tener el pan mas costoso del universo, valuado en 6,25 billones de dólares, y lo dejaste caer al suelo… Además de eso lo que pasa es que la masa (la unidad física) del pan se convirtió completamente en energía, pero… ¿de cuanta estaríamos hablando?

                Para calcularla vamos a ocupar una de las fórmulas más conocidas de la historia:

E=m\cdot c^{2}

Así es la energía emitida por nuestro kilogramo de antimateria esta determinada por la velocidad de la luz en el vacío (3·108 m/s), si llenamos la ecuación con los datos con los que partimos nos quedaría tal que:

E=-1kg\cdot (3\cdot 10^8m/s)^{2}

Como puedes ver la masa nos queda negativa ya que tratamos de antimateria. 

 A continuación, resolveremos c2 y simplificaremos las unidades:

E=-1kg\cdot 9\cdot 10^{16}m/s

Para llegar a los Joules tenemos que tener en cuenta que un Newton (N)=Kg \cdot (m/s^2) quedándonos:

[\frac{kg·m^{2}}{s^{2}}=N·m=J]

Por último, escribimos el resultado con sus unidades:

E=-9 \cdot 10^{16} J

Al despejar las unidades nos queda que la energía liberada es del orden 1016 que representa la demanda energética de Ucrania durante 1 año. Una forma de comparar la cantidad de energía con respecto a otras explosiones es mediante los kilotones o megatones. Los cuales por definición son las cantidades de energía equivalentes a 1.000 toneladas o 1.000.000 toneladas de TNT respectivamente. Un megatón son 4,184·1015 Joules, así que hacemos regla de simple:

x=\frac{-9 \cdot 10^{16}\cdot J\cdot 1Mton}{4,184 \cdot 10^{15}J}

Simplificamos unidades como hicimos en la ecuación de la energía quedando:

x=-21.5Mton

La bomba Tsar, la bomba más potente de la historia, inicialmente iba a tener 100 megatones. Pero la redujeron a 50 para que al probarla no hubiese riesgo de contaminación radioactiva en zonas pobladas. Esta bomba pesaba alrededor de 27 toneladas o 27.000 kg, nosotros con 1kg de pan tenemos la mitad de su poder.

Ilustración 2. Comparación de tamaños de bombas. Fuente: Popular Mechanics, octubre 2002 p. 69.

INCONSISTENCIAS

Al tratar con antimateria no sería raro toparse con inconsistencias. Para empezar, el radio de la explosión en función del tiempo tiene una formula, la cual si ingresamos energía negativa nos daría un radio también negativo. En nuestro mundo las distancias negativas no tienen sentido, se podría pensar que estaríamos hablando de una implosión, pero son una rama aparte.

Si seguimos experimentando con los números e intentamos calcular la fuerza de atracción que ejerce la Tierra sobre el kilo de pan, incluimos la masa negativa en la fórmula gravitacional de Newton. Nos queda una fuerza negativa, de repulsión, si quieres indagar más en el tema, hay un paper acerca del principio de equivalencia de Einstein y la antimateria.

También existen inconsistencias en el planteo de la situación inicial. Por ejemplo, de que material está hecha la bolsa para que, al interactuar con la materia y al mismo tiempo con antimateria sin explotar.

CONCLUSIONES

La antimateria tiene y tendrá un papel principal en el desarrollo de nuevas tecnologías debido a su enorme eficiencia energética, desde propulsión de cohetes, hasta energía libre de CO2, residuos tóxicos o radioactivos. Lo cual promete un futuro esperanzador en caso de que no tenga un propósito destructivo como acabamos de hacer con el antipan.

La rareza de la antimateria nos limita poder darle tales aplicaciones, hasta ahora la antimateria no se consigue naturalmente, sino que se tiene que sintetizar, y ese proceso requiere mucha infraestructura, energía, personal, etc. Por lo que su precio se vuelve inaccesible.

Actualmente en la rama de la medicina nuclear se usan positrones (antielectrones) para generar tomografías, esta tecnología se conoce como PET.

Tal vez en el futuro descubramos fuentes naturales de antimateria en el espacio, o crearemos nuevas tecnologías que nos permita abaratar el costo de producción. Hasta entones no hay que preocuparnos de ir al almacén de la esquina y recibir antipan.

Gracias por leerme.

BIBLIOGRAFÍA

Tsar Bomba | Atomic Heritage Foundation

https://www.atomicheritage.org/history/tsar-bomba

Convert joules to megaton – Conversion of Measurement Units

https://www.convertunits.com/from/joules/to/megaton

Nuke a city

https://nuclearsecrecy.com/nukemap/

The Unreasonable Efficiency of Black Holes

https://www.youtube.com/watch?v=t-O-Qdh7VvQ

¿Cómo y cuándo se descubrió la antimateria?

https://www.losporques.com/fisica/antimateria.htm

Testing the Weak Equivalence Principle with an antimatter beam at CERN.

https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/631/1/012047

μuon
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Una respuesta

  1. Me encantó tu artículo, tiene una redacción y un humor que te invitan a seguir leyendo. Además, las imágenes acompañan muy bien el texto y me encantó la que tu hiciste, es muy prolija e ilustrativa.
    Personalmente, observo algunas fallas gramaticales de coherencia y cohesión que mejorarás con la escritura de los próximos artículos (si, quiero más anti-panes :D).
    Muchos ánimos ;).

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