© 20.08.2010
Autor – Oleg Nicoláevich Rozánov
La falta de conocimientos básicos lleva a la incomprensión.
La incomprensión engendra apatía.
La apatía cultiva adultos infantiles.
Los adultos infantiles no permiten vivir en paz ni a sí mismos ni a los que les rodean.
¡Doy la bienvenida a todos mis estimados invitados al “Universo Electromagnético de los Rozànov”!
En este artículo intentaré explicar brevemente, para todos los interesados, con qué propósito se construyen los aceleradores de partículas elementales. Paso mi reflexión en hechos de la historia del desarrollo tecnológico de la humanidad y en una lógica sencilla: primero se inventa un arma —como el tanque— y luego aparecen sus aplicaciones pacíficas, como la maquinaria agrícola. De la misma manera, tras la creación de la bomba atómica, la humanidad comenzó a construir centrales nucleares.
Propongo iniciar nuestras reflexiones buscando información en Internet sobre el antihidrógeno. De inmediato se encuentran numerosas publicaciones científicas que explican cómo en el CERN, mediante colisiones inelásticas de protones, se lograron obtener las antipartículas de protones y electrones, para luego sintetizar átomos de antihidrógeno. Sin embargo, a mi juicio, la forma en que estas publicaciones presentan los hechos resulta algo minimizadora. ¿Por qué lo considero así?
Tomemos como ejemplo una de las primeras publicaciones del año 2010, mas o menús o antes, en el sitio web en español Gen Altruista. Allí se afirmaba textualmente:
«Un equipo de 39 científicos pertenecientes a nueve instituciones diferentes consiguió, por primera vez, sintetizar 50 000 antiátomos de hidrógeno al día, lo que constituyó un acontecimiento importante, explicado en la revista Nature.
Un resultado totalmente inesperado: al mezclar nubes frías en una trampa de positrones y antiprotones (las antipartículas más conocidas de electrones y protones), en condiciones altamente controladas, se obtuvieron antiátomos de hidrógeno».
Como se observa en las primeras publicaciones científicas de los años 1990 a 2010 —hoy eliminadas de las bases de datos de Internet—, se mencionaba la cifra de 50 000 átomos de antihidrógeno por día. Sin embargo, en publicaciones más recientes, aproximadamente desde 2018, aparecen cantidades mucho menores: alrededor de un centenar de átomos sintetizados, es decir, varios órdenes de magnitud por debajo.
Por supuesto, el hecho mismo de haber obtenido antihidrógeno en nuestro entorno sustancial merece una atención especial. No obstante, si lo analizamos desde la perspectiva del desarrollo científico y técnico, sin comprender para qué aplicaciones concretas se requiere la existencia de la antimateria sin comprender los fundamentos de lo que ocurre en el microcosmos, en la conciencia colectiva todo esto quedará registrado únicamente como un logro científico más.
Veamos ahora este hecho desde la óptica de alguien familiarizado con las bases del microcosmos. La producción de antiatomos de Hidrógeno —unos 50 000 por día— en el detector ATLAS comenzó incluso antes de que el LHC entrara en funcionamiento. Para desentrañar la estructura de los protones o de los átomos ionizados no hace falta multiplicar al extremo el número de colisiones inelásticas por unidad de tiempo. Sin embargo, el objetivo declarado de aumentar la densidad de protones en haces contrapuestos revela algo más: la puesta a prueba del acelerador en su régimen máximo, con un propósito evidente —la generación de antipartículas.
¿Qué es el proceso de aniquilación?
Es cuando una partícula se encuentra con su antipartícula y ocurre una fusión de estas dos partículas con masas en reposo en un fotón, que no tiene masa en reposo, pero tiene la propiedad de moverse a la velocidad de la luz. La siguiente pregunta que hay que saber responder es: «¿Qué porcentaje de energía se libera de la masa total de la carga en un arma nuclear?» Por ejemplo, si una carga de plutonio tiene una masa de 5 kg, entonces de esos 5 kg, según la ley de equivalencia entre masa y energía encerrada en un cuerpo físico (E=mc²), se libera entre un 7 y un 12%, y el resto del plutonio se desintegra en neutrones, partículas alfa y otros elementos químicos radiactivos. Ahora queda por calcular, usando la ley E=mc², cuánta energía pura se produce en la aniquilación de 1 gramo de antimateria con un gramo de materia, y hay que señalar: sin contaminación ambiental alguna, una desinfección limpia, dejando como residuo el isótopo 12 de carbono…
Ahora, el cálculo por la famosa relación E=mc² para la aniquilación de 1 gramo de antimateria con 1 gramo de materia (masa total = 2 g):
Convertimos a kilogramos: m = 2 g = 0,002 (kg).
Velocidad de la luz: C = 299 792 458 (m/s).
C2 = 8,987551787368 × 1016(m2/s2)
Energía:
E=mc2
0,002 × 8,987551787368×1016≈1,7975103574736353×1014(J).
Es decir, aproximadamente 1,7975×1014(J).
Equivalente en TNT : 1 kilotón TNT ≈ 4,184×1012(J).
Por tanto:
1,7975×1014 ÷ 4,184×1012≈42,96 kilotones TNT,
esto es ≈ 0,043 megatones.
Conclusión: la aniquilación de 1(g) + 1(g) produciría, en la idealización de E=mc2, una energía equivalente a ~43 kilotones de TNT (orden de magnitud comparable a ciertos dispositivos nucleares históricos).
En continuación. Calculemos cuántos días se necesitarían para generar 1(g) de antihidrógeno si en el detector ATLAS se obtenían 50 000 átomos por día:
Resultados (resumen):
-
Átomos necesarios ≈ 5,98×1023.
-
Días necesarios ≈ 1,20×1019 días.
-
Años necesarios ≈ 3,27×1016 años.
Para dar una idea del tamaño de ese número: la edad teórica del universo es ~1,38×1010, así que producir 1(g) a ese ritmo llevaría aproximadamente 2,37 millones de veces la edad del universo.
Es evidente que, con ese volumen de generación de antimateria, no es posible crear un arma de ese tipo. Pero también es patente que, tras la puesta en marcha del LHC, la producción de antipartículas aumentó en varios órdenes de magnitud; hasta qué punto exactamente aumentó, eso no nos lo cuentan.
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