Para cualquier partícula elemental conocida, existe la probabilidad de encontrar una antipartícula, es decir, una partícula con la misma masa, pero con otras características físicas opuestas.
En la década de 1920, después de la introducción de los principios de la mecánica cuántica, el mundo subatómico parecía extremadamente simple. Solo 2 tipos de partículas elementales, protones y neutrones, formaban el núcleo del átomo (aunque la existencia de neutrones se confirmó experimentalmente solo en la década de 1930); y un tipo de partículas, los electrones, existía fuera del núcleo, girando alrededor de él en órbitas. Parecía que toda la diversidad del Universo se construyó a partir de estas 3 partículas.
Por desgracia, una imagen tan simple del mundo no estaba destinada a durar mucho. Los científicos, habiendo equipado laboratorios de gran altitud en todo el mundo, comenzaron a estudiar la composición de los rayos cósmicos que bombardean nuestro planeta; y pronto comenzaron a descubrir todo tipo de partículas que nada tienen que ver con lo descrito anteriormente. En particular, se descubrieron antipartículas que eran completamente impensables por naturaleza.
El mundo de las antipartículas es una especie de imagen especular del mundo familiar. La masa de la antipartícula es exactamente igual a la masa de la partícula; a la que parece corresponder, pero todas sus demás características son opuestas al prototipo. Por ejemplo, un electrón lleva una carga eléctrica negativa, y su antipartícula emparejada – «positrón» (derivado de «electrón positivo») es positiva. El protón tiene carga positiva, mientras que el anti-protón tiene carga negativa, etc. Durante la interacción de una partícula y su antipartícula emparejada, se produce su aniquilación mutua; ambas partículas dejan de existir y su masa se convierte en energía, que se dispersa en el espacio en forma de un destello de fotones y otras partículas ultraligeras.
Existencia de Antipartículas
La existencia de antipartículas fue predicha por primera vez por Paul Dirac en un artículo que publicó en 1930. Para comprender cómo se comportan las partículas y las antipartículas durante la interacción de Dirac, imagine un campo uniforme. Si toma una pala y cava un hoyo, aparecerán dos objetos en el campo: el hoyo en sí y un montón de tierra al lado. Ahora imagina que un montón de tierra es una partícula ordinaria y un agujero, o «la ausencia de un montón de tierra», es una antipartícula. Llene el agujero con la tierra que se extrajo previamente de él, y no quedará ningún agujero o pila (análogo al proceso de aniquilación). Y de nuevo tienes un campo plano.
Mientras se teorizaba sobre las antipartículas, un joven físico experimental del Instituto de Tecnología de California, Carl David Anderson; estaba ensamblando equipos de un laboratorio de astrofísica en Pike Summit en Colorado, con la intención de estudiar los rayos cósmicos. Trabajando bajo la dirección de Robert Millikan ( ver el experimento de Millikan ), inventó un aparato para detectar rayos cósmicos; que consiste en un objetivo colocado en un poderoso campo magnético. Al bombardear el objetivo, las partículas dejaron huellas de gotas de condensado en la cámara alrededor del objetivo; que pudieron fotografiarse y las trayectorias de las partículas pudieron estudiarse a partir de las fotografías obtenidas.
Con este aparato, llamado cámara de condensación, Anderson pudo registrar partículas resultantes de la colisión de rayos cósmicos con un objetivo. Por la intensidad de la pista dejada por la partícula, pudo juzgar su masa; y por la naturaleza de la desviación de su trayectoria en un campo magnético, pudo determinar la carga eléctrica de la partícula. En 1932, pudo registrar una serie de colisiones; como resultado de las cuales se formaron partículas con una masa igual a la masa de un electrón, pero se desviaron bajo la influencia de un campo magnético en la dirección opuesta a la de un electrón; por lo tanto tenían una carga eléctrica positiva. Esta fue la primera antipartícula revelada experimentalmente: el positrón. En 1932, Anderson publicó sus resultados y en 1936 recibió la mitad del Premio Nobel de Física por eso.
El hecho es que Anderson, aparentemente, no sabía absolutamente nada sobre la publicación de Dirac antes de su descubrimiento experimental. Entonces, en este caso estamos hablando, más bien, del descubrimiento teórico y experimental simultáneo del positrón.
Todas las antipartículas que siguen al positrón se descubrieron experimentalmente ya en condiciones de laboratorio, en aceleradores. Hoy en día, los físicos experimentales tienen la capacidad de producirlos literalmente en las cantidades adecuadas para los experimentos en curso; y las antipartículas no se han considerado fuera de lo común durante mucho tiempo.
