PROFESORADO DE EDUCACIÓN SECUNDARIA EN QUÍMICA.

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MONOGRAFÍA:

ANTIMATERIA

AUTORES  

BOLHING, Carlos

CURA, Alfredo Nahuel

ESPINOLA, Pablo Maximiliano

QUIQUINTO, Nicolás

DOCENTE

Lic. SOLIS, Rosana

CÁTEDRA

Taller de Oralidad, Lectura y Escritura

PROFESORADO DE EDUCACIÓN SECUNDARIA EN QUÍMICA

Posadas - Misiones

2016

INTRODUCCIÓN

En el presente trabajo, se planteara un análisis sobre uno de los temas que ha ocasionado una gran perplejidad en el ámbito científico, más específicamente, en el área de la Física, y es el misterio de la antimateria y qué ocurrió con ella en el momento del Big Bang.

En primer lugar, se definirá algunos conceptos claves que deben estar claros para la comprensión del tema, luego, se planteará un marco teórico con lo que se encontró con respecto a la cuestión en las referencias bibliográficas, y finalmente, para cerrar el trabajo, se desarrollará una conclusión, sintetizando todo lo demostrado en el texto.

Durante décadas, el hombre ha soñado con viajar por el espacio a velocidades que superasen la de la luz, para que de esta forma se pueda llegar a los rincones ocultos del cosmos, intentando así, responder a las grandes preguntas. ¿Estamos solos en el universo?, ¿Podría haber planetas habitables iguales al nuestro? A pesar de que el conocimiento humano crece cada día, mucho es lo que se desconoce. En ese enfrentamiento por encontrar respuestas, hay una interrogante que nos lleva al principio de los tiempos, al Big Bang, la teoría más aceptada hasta ahora, por personas no religiosas, sobre el origen del universo; y es que la materia, no estaba sola, sino que también hubo antimateria.

La teoría que se menciona en el postulado, acepta de forma convincente que en el origen del universo, existían materia y antimateria en iguales proporciones. Sin embargo, el universo que observamos, aparentemente está compuesto únicamente por partículas y no por antipartículas. Se desconocen los motivos por los que no se han encontrado grandes estructuras de antimateria en el universo.

Para entender mejor sobre el asunto, nos tendremos que remontar trece mil ochocientos años atrás, donde se especula que no existía el tiempo, donde todo lo que conocemos, hasta entonces, no era más que un simple punto de energía concentrada y en un estado de muy alta densidad, y elevadas temperaturas, que luego se expandió en forma de explosión.

EL BIG BANG

El Big Bang, es en realidad nuestro universo en evolución y expansión. Para nosotros la imagen del universo comienza desde el planeta tierra, sustentado en una base mayormente de silicio y oxígeno y un núcleo metálico, compuesto por hierro y níquel.

Dicho cuerpo celeste, está lleno de vida y realiza un movimiento de rotación cada 24 horas sobre su eje, y al mismo tiempo realiza un movimiento de traslación, orbitando alrededor de una estrella, la cual denominamos sol, cada 365 días. El sol es una bola gigante de gas, compuesta en su mayoría, por hidrógeno y helio, y cuya temperatura superficial es de casi cinco mil grados Celsius.

El sol es una estrella, que forma parte de un sistema solar que tiene origen hace unos cuatro mil quinientos millones de años, integrado por la tierra y otros 7 planetas en órbita.

Nuestro sistema solar, gira en círculos y forma parte de un conjunto de  millones de estrellas y sistemas estelares, denominada galaxia (vía láctea). Esta es una más de las más de 125 mil millones de galaxias que componen el universo observable, el cual es inmensurable y cada vez se expande más. Esto nos dice que si se encuentra en expansión, antes era menor, hasta el punto de asimilarse a la mínima expresión de un átomo, y en un instante, todo se expandió de repente. Así comenzó todo, el principio de nuestra existencia, con lo que denominamos Big Bang. Gracias a los modernos instrumentos, como satélites, los Físicos ahora tienen un esquema sobre lo que ocurrió posterior al Big Bang. A menos de una mil millonésima de segundo tras la explosión, se formó una burbuja donde se encontraba todo el universo a una temperatura sumamente caliente. Dentro de este glóbulo se encontraban las 4 fuerzas fundamentales del universo: la gravedad, el electromagnetismo, la fuerza nuclear fuerte y débil. La mencionada primeramente, se separa de las demás provocando una expansión. Antes de completar un segundo, las demás fuerzas se separan. Pasado un poco más de 3 minutos luego del Big Bang, la temperatura empieza a enfriarse, alcanzando los 555.555.537ºC, lo suficientemente fría como para formar un núcleo atómico y las demás partículas

elementales. Se forma el Hidrógeno, y algunos de estos átomos se funden para formar Helio.

Trescientos ochenta mil años después, la luz viaja a través de la oscuridad y se produce un estallido de radiación. Mil millones de años después, las estrellas van tomando forma, produciendo elementos más pesados como el nitrógeno, el oxígeno y carbono. Pasado los nueve mil millones de años, la materia y la gravedad se combinan para formar una bola de energía, en la cual la presión crea calor en su núcleo y ese calor dispara una fusión termonuclear y nace una estrella perfectamente definida, el sol. Con el tiempo se van formando los planetas y lunas, los cuales por el efecto de la gravedad permanecen en constante armonía orbitando alrededor del sol. Es así, como el universo toma forma y se lo observa como hoy en día se hace.

Pero retomando todo esto y volviendo al momento de la explosión. Hay algo que muy pocos tienen en cuenta, pero que a los que se adentran al campo de la Física, no deja de asombrarlos. A causa del Big Bang ¿solamente se creó materia?

ANTIPARTÍCULAS

Para entender mejor este fenómeno, empezaremos con un poco de historia.

Todo comenzó en los años 20, cuando la física cuántica comenzaba a establecerse como una descripción apropiada del mundo microscópico.

El Físico Danés Niels Bohr, usó la teoría cuántica para explicar la estructura del átomo. Esta extraña y nueva física fue reforzada por el Matemático Max Born, al introducir la interpretación probabilística y por Werner Heisenberg con su principio de incertidumbre, que postula que es imposible conocer con exactitud, la posición y la velocidad de una partícula. Cuanto mayor sea la precisión con que determinamos la posición, menor será la de su velocidad.

Más tarde, el Físico austríaco Erwin Schrödinger (Premio Nobel 1933) estableció la matemática de la mecánica cuántica. La famosa ecuación de Schrödinger unifica las partículas del mundo subatómico con las probabilidades de Born. Con todo lo anterior y una enorme lista de experimentos que apoyaban la validez de la teoría, la física cuántica estaba completa y la imagen del Congreso de Solvay de 1927, que fue una conferencia donde se reunían los Físicos más destacados de la época, se convirtió en un ícono del desarrollo y establecimiento de esta nueva visión de la naturaleza.

Pero pese a que la ecuación de Schrödinger funcionaba de manera impresionante y gracias a ella se realizaron muchos experimentos, ésta ecuación presentaba un pequeño problema: era incompatible con la relatividad especial de Einstein.

La ecuación de Schrödinger no podía describir partículas que se mueven a velocidades cercanas a la de la luz. La solución a este problema fue presentada en 1928 por un joven y distraído genio llamado Paul Dirac. La ecuación postulada por el mismo, es una belleza matemática que todo físico admira con gran pasión.

A velocidades pequeñas se reduce a la ecuación de Schrödinger de la misma manera que la física de Einstein se reduce a la física de Newton. Dirac usó su ecuación para describir un electrón relativista y se encontró con una gran sorpresa: la ecuación predice la existencia de un segundo electrón pero con carga eléctrica opuesta, pero esta partícula no fue observada experimentalmente en ese tiempo.

Tan solo cuatro años después, el Físico Estadounidense Carl Anderson, utilizando energéticos rayos cósmicos, descubrió la partícula que había predicho la ecuación de Dirac, un electrón con su particular masa, pero con una carga eléctrica positiva, a la que llamo Positrón. Este descubrimiento que le dio a Anderson el Premio Nobel en 1936 no sólo validó la ecuación de Dirac, sino que además constituyó la evidencia experimental de la existencia de antipartículas.

Ya en el año 1955 los físicos Emilio Segrè y Owen Chamberlain descubrieron el antiprotón y más adelante, en 1956, el Físico Bruce Cork el antineutrón. Todas estas antipartículas eran iguales a las partículas ordinarias en cuanto a su masa, pero no a su carga eléctrica, y con una misteriosa propiedad, las partículas en contacto con las antipartículas se aniquilaban dando lugar a la energía.

El mismo Dirac exclamó que “la ecuación resultó ser más inteligente que su autor”. Hoy  en día, se tiene las pruebas experimentales de que cada partícula fundamental  tiene una antipartícula.

ANTIMATERIA

Como se mencionó anteriormente, el Físico Paul Dirac, había desarrollado una fórmula que era capaz de predecir con exactitud, la existencia de una antipartícula, que más adelante Anderson, llevaría a la práctica esa famosa ecuación y descubriría que Dirac estaba en lo correcto, al revelar la existencia del antielectrón o positrón.

Con las contribuciones de Dirac, Anderson, Emilio Segrè y Owen Chamberlain, se introduce el concepto de antimateria.

En la Física de partículas, la antimateria es una extensión del concepto de antipartícula a la materia, es decir, hace referencia a una materia compuesta por anti átomos. Esto nos dice que si los átomos están compuestos por   electrones, protones y neutrones; los anti átomos están compuestos por  antielectrones o positrones, antiprotones y el inexplicable antineutrón, que es algo misterioso, ya que el neutrón al no tener ninguna carga (neutro), se especula que está compuesto por antiquarks.

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