Hitos: La primera antipartícula

Lawrence Berkeley National Laboratory

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El descubrimiento en 1932 del electrón positivo, o positrón, fue el ejemplo perfecto de un sorprendente hallazgo experimental que seguía de cerca una notable predicción teórica, salvo que el experimentador no conocía la teoría y dio con la nueva partícula por accidente. Pero poco después de publicar sus resultados en la revista Physical Review, se enteró de la predicción por otras personas del sector. Tras la identificación del neutrón ese mismo año, el descubrimiento del positrón marcó el inicio de una era de décadas en la que los avistamientos de nuevas partículas subatómicas se sucedieron con rapidez.

En 1930, Carl Anderson, del Instituto de Tecnología de California en Pasadena, comenzó a estudiar los rayos cósmicos, partículas de alta energía de composición desconocida en aquel momento que habían caído sobre la Tierra. Para ello utilizó una cámara de nubes, en la que las huellas de las partículas aparecen como cadenas de gotitas diminutas en un vapor sobresaturado. Cuando la cámara se coloca en un campo magnético, la trayectoria de cada partícula se curva en función de su carga y energía. Anderson registró numerosas huellas que podrían haber sido producidas por partículas con carga negativa que iban en una dirección o por partículas con carga positiva que iban en la otra.

Para distinguir estas dos posibilidades, Anderson colocó una placa de plomo de 6 milímetros de grosor en el centro de su cámara de nubes. Cualquier partícula que atravesara la placa perdería energía, lo que haría que su trayectoria se curvara de forma más pronunciada al otro lado y revelaría su dirección de movimiento. En un total de 1.300 fotografías de la cámara de nubes, Anderson encontró 15 huellas que correspondían a partículas con carga positiva. Pero no podían ser protones, se dio cuenta, porque los protones con la energía adecuada para producir la curvatura de la pista observada se ralentizarían por colisiones después de unos pocos milímetros, mientras que las pistas que él vio tenían centímetros de longitud.

Anderson anunció brevemente en Science su descubrimiento de los «positivos fácilmente desviables», y siguió con un artículo completo en Physical Review que analizaba cuidadosamente el equilibrio entre la masa y la velocidad de las partículas y su pérdida de energía a lo largo de las pistas. Anderson argumentó que las partículas llevaban una unidad de carga positiva y tenían una masa no superior a 20 veces la del electrón. Llegando a la conclusión de que estas partículas eran probablemente electrones positivos, o «positrones», siguiendo la sugerencia del editor de la revista, propuso que eran expulsados de los núcleos de los átomos cercanos por impactos de rayos cósmicos.

Anderson sabía que Paul Dirac, de la Universidad de Cambridge, había elaborado una ecuación mecánica cuántica relativista para el electrón. Pero, al parecer, no sabía que en 1931 Dirac había utilizado su teoría para predecir la existencia de una partícula idéntica al electrón, salvo que tenía la carga opuesta. Al conocer el descubrimiento de Anderson, Patrick Blackett y Giuseppe Occhialini, también en Cambridge, llevaron a cabo experimentos en cámaras de nubes en los que observaron la producción simultánea de pares de electrones positivos y negativos en colisiones de rayos cósmicos. Anunciaron sus resultados como una prueba directa de la antipartícula predicha por Dirac, una conclusión con la que Anderson no tardó en estar de acuerdo.

El historiador Helge Kragh, de la Universidad de Aarhus (Dinamarca), sugiere que la interpretación inicial de los resultados de Anderson estuvo muy influenciada por las opiniones de su mentor en Caltech, Robert A. Millikan, que había sido pionero en muchas investigaciones sobre los rayos cósmicos pero que seguía desconfiando de la teoría cuántica intelectual. Aunque la rápida reivindicación de la predicción de Dirac supuso un importante impulso para la teoría, Anderson siempre insistió en que «el descubrimiento del positrón fue totalmente accidental» .

David Lindley

David Lindley es un escritor científico independiente de Alexandria, Virginia.

1. Carl D. Anderson, Science 76, 238 (1932)
2. P.M.S. Blackett y G.P.S. Occhialini, Proc. Roy. Soc. A 139, 699 (1933)
3. Anderson citado por A. Pais, Inward Bound, Oxford University Press, p. 352 (1986)

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