Antiproton

Antimatter

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Personas

• Paul Dirac
• Carl Anderson
• Andrei Sakharov

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Un antiprotón (símbolo p, pronunciado p-bar) es la antipartícula del protón. Un antiprotón es relativamente estable, pero suele durar poco porque cualquier colisión con un protón hará que ambas partículas se aniquilen en una explosión de energía. Fue descubierto en 1955 por los físicos de la Universidad de California en Berkeley Emilio Segrè y Owen Chamberlain, por lo que recibieron el Premio Nobel de Física en 1959. En el CERN de Ginebra (Suiza) y en el Fermilab de Batavia (Illinois) se producen antiprotones de forma rutinaria y se utilizan para la investigación científica.

Antiprotón

La estructura de quarks del protón.

Clasificación:

Barion

Propiedades

Teóricamente, un antiprotón está formado por dos quarks anti-up y un quark anti-down, simbolizados como uud.

Las propiedades del antiprotón se predicen por la simetría CPT como exactamente relacionadas con las del protón. En particular, la simetría CPT predice que la masa y el tiempo de vida del antiprotón son los mismos que los del protón, y que la carga eléctrica y el momento magnético del antiprotón son de signo contrario e igual magnitud que los del protón.

A mediados de junio de 2006, los científicos del CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear o, en francés, Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire) lograron determinar la masa del antiprotón, que midieron en 1.836,153674(5) veces más masiva que un electrón. Esto es exactamente igual a la masa de un protón «normal», como se había predicho. La formación de la antimateria está relacionada con las preguntas sobre lo que ocurrió en la época del Big Bang, y por qué queda una cantidad tan pequeña de antimateria en nuestro Sistema Solar en la actualidad.

Producción artificial

La formación de antiprotones requiere una energía equivalente a una temperatura de diez billones de K (1013 K), que no se alcanza en la mayoría de las condiciones naturales. Sin embargo, en el CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear o, en francés, Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire), los protones se aceleran en el Sincrotrón de Protones (PS) hasta una energía de 26 GeV, y luego se estrellan contra una barra de iridio. Los protones rebotan en los núcleos de iridio con la energía suficiente para crear materia. Se forman una serie de partículas y antipartículas, y los antiprotones se separan utilizando imanes en el vacío.

Ocurrencia en la naturaleza

Los antiprotones se han detectado en los rayos cósmicos durante más de 25 años, primero mediante experimentos realizados con globos y, más recientemente, con detectores basados en satélites. La imagen estándar de su presencia en los rayos cósmicos es que se producen en colisiones de protones de rayos cósmicos con núcleos en el medio interestelar, a través de la reacción:

p A → p p A

Los antiprotones secundarios (p) se propagan entonces a través de la galaxia, confinados por los campos magnéticos galácticos. Su espectro de energía se modifica por las colisiones con otros átomos en el medio interestelar, y los antiprotones también pueden perderse al «filtrarse» fuera de la galaxia.

El espectro de energía de los rayos cósmicos de antiprotones se mide ahora de forma fiable y es consistente con esta imagen estándar de la producción de antiprotones por colisiones de rayos cósmicos. Esto establece límites superiores al número de antiprotones que podrían producirse de formas exóticas, como por ejemplo a partir de la aniquilación de partículas supersimétricas de materia oscura en la galaxia, o de la evaporación de agujeros negros primordiales. Esto también proporciona un límite inferior a la vida del antiprotón de entre uno y diez millones de años. Dado que el tiempo de almacenamiento galáctico de los antiprotones es de unos diez millones de años, una vida de desintegración intrínseca modificaría el tiempo de residencia galáctico y distorsionaría el espectro de los antiprotones de los rayos cósmicos. Esto es significativamente más estricto que las mejores mediciones de laboratorio del tiempo de vida de los antiprotones:

• Colaboración LEAR en el CERN: 0,8 años
• Trampa Penning de antihidrógeno de Gabrielse et al: 0,28 años
• Colaboración APEX en el Fermilab: 50.000 años para p → μ- + X y 300.000 años para p → e- + γ

Detección experimental en rayos cósmicos

Los experimentos recientes para la detección de antiprotones en rayos cósmicos incluyen los siguientes:

• BESS: experimento en globo, volado en 1993, 1995 y 1997.
• CAPRICE: experimento a bordo de un globo, volado en 1994.
• HEAT: experimento a bordo de un globo, volado en 2000.
• AMS: experimento basado en el espacio, prototipo volado en el transbordador espacial en 1998, destinado a la Estación Espacial Internacional pero aún no lanzado.
• PAMELA: experimento por satélite para detectar rayos cósmicos y antimateria desde el espacio, lanzado en junio de 2006.

Usos

Los antiprotones se producen de forma rutinaria en el Fermilab para las operaciones de física del colisionador en el Tevatrón, donde se hacen colisionar con protones. El uso de antiprotones permite que la energía media de las colisiones entre quarks y antiquarks sea mayor de lo que sería posible en las colisiones protón-protón. La base teórica de esto es que los quarks de valencia en el protón y los antiquarks de valencia en el antiprotón tienden a llevar la mayor fracción del momento del protón o del antiprotón.

Véase también

• Antimateria
• Partícula elemental
• Positrón
• Protón

Notas

• Forward, Robert L. 2001. Mirror Matter: Pioneering Antimatter Physics. Lincoln, NE: Backinprint.com. ISBN 0595198171
• Fraser, Gordon. 2002. Antimatter: The Ultimate Mirror. Cambridge, Reino Unido: Cambridge University Press. ISBN 0521893097
• Kondo, K., y S. Kim. 1994. 9th Topical Workshop on Proton-Antiproton Collider Physics. Frontier Science Series No. 11. Tokyo, Japan: Universal Academy Press. ASIN B000RFVPI4
• Santilli, Ruggero Maria. 2006. Isodual Theory of Antimatter: with applications to Antigravity, Grand Unification and Cosmology (Fundamental Theories of Physics). Nueva York, NY: Springer. ISBN 1402045174

Todos los enlaces recuperados el 6 de abril de 2016.

• El antiprotón pesa en physicsworld.com.
• Las bodas de oro del antiprotón Science@BerkeleyLab. (Da la historia del descubrimiento del antiprotón.)
• Introducción al decelerador de antiprotones CERN.

Partículas en la física

Partículas elementales

Fermiones elementales: Quarks: u – d – s – c – b – t – Leptones: e – μ – τ – νe – νμ – ντ
Bosones elementales: Bosones gauge: γ – g – W± – Z0 – Fantasmas

Partículas compuestas

Hadrones: Bariones(lista)/Hiperones/Nucleones: p – n – Δ – Λ – Σ – Ξ – Ω – Ξb – Mesones(lista)/Quarkonia: π – K – ρ – J/ψ – Υ
Otros: Núcleo atómico – Átomos – Moléculas – Positronio

Partículas elementales hipotéticas

Superpartes: Axino – Dilatino – Chargino – Gluino – Gravitino – Higgsino – Neutralino – Sfermion – Slepton – Squark
Otros: Axión – Dilatón – Bosón de piedra de oro – Gravitón – Bosón de Higgs – Taquión – X – Y – W’ – Z’

Partículas compuestas hipotéticas

Hadrones exóticos: Bariones exóticos: Pentaquark – Mesones exóticos: Glueball – Tetraquark
Otros: Molécula mesónica

Casipartículas

Solitón de Davidov – Excitón – Magnón – Fonón – Plasmón – Polaritón – Polarón