ANTIMATERIA Y ANTIPARTICULAS

1. ANTIMATERIA Y
ANTIPARTICULAS
POR: SOLIS HUETE LUIS

2. Antipartículas
Una antipartícula es otra partícula que tiene casi todo igual a las partículas (masa y otros
atributos), excepto su carga. La carga eléctrica de las antipartículas tienen signo opuesto al
de la carga de las partículas.
Electrón
Protón
Neutrón
Positrón
Antiprotón
Antineutrón

3. Partícula elemental
 Las partículas elementales son los
constituyentes elementales de la
materia; más precisamente son
partículas que no están constituidas
por partículas más pequeñas ni se
conoce que tengan estructura
interna.
Modelo estándar de
partículas elementales.

4. Fermión
 Es uno de los dos tipos básicos de
partículas elementales que existen en
la naturaleza (el otro tipo es el bosón).
Los fermiones se caracterizan por
tener espín semi-entero (1/2, 3/2, ...).
En el modelo estándar existen dos
tipos de fermiones fundamentales, los
quarks y los leptones.
Nombre y carga eléctrica de los
componentes de la materia.

5. Quarks
 En física de partículas, los cuarks o quarks son los
fermiones elementales masivos que interactúan
fuertemente formando la materia nuclear y ciertos
tipos de partículas llamadas hadrones. Junto con
los leptones, son los constituyentes fundamentales
de la materia bariónico.
 Los cuarks son las únicas partículas fundamentales
que interactúan con las cuatro fuerzas
fundamentales. Son partículas de espín 1/2, y son
fermiones de Dirac por lo que sus
correspondientes antipartículas existen. Un neutrón, compuesto por
dos quark abajo (d) y un
quark arriba (u).

6. Tipos de quark
Quark up Quark down Quark strange
Familia Fermión
Antipartícula Antiquark up
( 𝑢)
Masa 1,7-3,1 MeV/c2
Carga eléctrica +2/3 e
Espín 1/2
Familia Fermión
Antipartícula Antiquark
down ( 𝑑)
Masa 4 - 8 MeV/c2
Carga
eléctrica
-1/3 e
Espín ½ ℎ
Familia Fermión
Antipartícula Antiquark strange
( 𝑠)
Masa 80 - 130 MeV/c2
Carga eléctrica -1/3 e
Espín ½ ℎ

7. Quark charm Quark bottom Quark top
Familia Fermión
Antipartícula Antiquark
charm ( 𝑐)
Masa 1.150 - 1.350
MeV/c2
Carga eléctrica +2/3 e
Espín ½ ℎ
Familia Fermión
Antipartícula Antiquark
bottom ( 𝑏)
Masa 4.19 GeV/c2
Carga
eléctrica
-1/3 e
Espín ½ ℎ
Familia Fermión
Antipartícula Antiquark top ( 𝑡)
Masa 173,34 ± 0,76
GeV/c2
Carga eléctrica +2/3 e
Espín ½

8. Quark /
Antiquark
Símbolo Carga (e) Numero bariónico Extrañeza
Up u 𝑢 +2/3 -2/3 1/3 -1/3 0 0
Down d 𝑑 -1/3 +1/3 1/3 -1/3 0 0
Charm c 𝑐 +2/3 -2/3 1/3 -1/3 0 0
Strange s 𝑠 -1/3 +1/3 1/3 -1/3 -1 1
Top t 𝑡 +2/3 -2/3 1/3 -1/3 0 0
Bottom b 𝑏 -1/3 +1/3 1/3 -1/3 0 0

9. Leptones
 Los leptones forman parte de una familia de
partículas elementales conocida como la
familia de los fermiones, al igual que los
quarks.
 Un leptón es un fermión fundamental sin carga
hadrónica o de color. Existen seis leptones y
sus correspondientes antipartículas: el electrón,
el muon, el tau y tres neutrinos asociados a
cada uno de ellos.

10. Propiedades de los leptones
 Hay tres sabores conocidos de leptones: el electrón, el muon y el leptón
tau.
 Cada sabor está representado por un par de partículas llamadas doblete
débil.
 Todas, es decir las seis partículas, tienen su correspondiente antipartícula
(como el positrón o el antineutrino electrónico).
 Todos los leptones cargados conocidos tienen una sencilla unidad de
carga eléctrica (que depende de si son partículas o antipartículas) y todos
los neutrinos y antineutrinos tienen carga eléctrica cero.
 Los leptones cargados tienen dos estados de espín posibles, mientras que
en los neutrinos se observa una sola helicidad (todos los neutrinos son
levógiros y todos los antineutrinos son dextrógiros.

11. Tabla de leptones
Nombre Símbolo Carga (e) Masa(MeV/c2)
Electrón/
Positrón
𝑒−
𝑒+ -1 +1 0.511 0.511
Muon/
Antimuon
𝜇−
𝜇+ -1 +1 105.7 105.7
Tau/ Antitau 𝜏−
𝜏+ -1 +1 1777 1777
Neutrino
electrónico/
Electrón
antineutrino
𝜈 𝑒
− 𝜈 𝑒
+ 0 0 <
0.0000022
<
0.0000022
Neutrino
muonico/ Muon
antineutrino
𝜈 𝜇
− 𝜈 𝜇
+ 0 0 < 0.17 < 0.17
Tau neutrino/
Tau antineutrino
𝜈𝜏 𝜈𝜏 0 0 < 15.5 < 15.5

12. Bosón
 En física de partículas, un bosón es una
partícula elemental con espín cero, es decir,
una partícula que obedece a la estadística de
Bose – Einstein (estadística cuántica), de la
cual deriva su nombre. Los bosones son
importantes para el modelo estándar de las
partículas.

13. Bosón de Higgs
 El bosón de Higgs o partícula de Higgs es
un tipo de partícula elemental que se cree
tiene un papel fundamental en el
mecanismo por el que se origina la masa
en el Universo.
Una traza hipotética del bosón
de Higgs en una colisión
simulada de protón – protón.

14. ¿Por qué es tan importante el bosón
de Higgs?
 Porque es la única partícula predicha por el Modelo Estándar de Física de
partículas que aun no ha sido descubierta. El modelo estándar describe
perfectamente las partículas elementales y sus interacciones, pero queda
una parte importante por confirmar, precisamente la que da respuesta al
origen de la masa. Sin masa, el Universo sería un lugar muy diferente. Si el
electrón no tuviera masa no habría átomos, con lo cual no existiría la
materia como la conocemos, por lo que tampoco habría química, ni
biología ni existiríamos nosotros mismos.

16. Partículas Elementales
Materia Portadores de Fuerza
Quarks Leptones
Complementariedad
Quark - Leptón
Hadrones
Moléculas
Mesones Bariones
Núcleo
Átomos
Gluones Bosones W y Z Fotones Gravitones
Fuerte
Cromodinamica
cuántica
Débil Electromagnetismo
Electrodinámica
cuántica
Teoría electrodébil
Gran Teoría Unificada
Teoría del Todo
Gravedad

17. Positrón
El positrón o antielectrón es una partícula elemental, antipartícula del electrón. Posee la misma
cantidad de masa y espín; sin embargo esta es positiva.
Clasificación Partículas elementales
Familia Fermión
Grupo Leptón
Teorizada Paul Dirac (1928)
Descubierta Carl David Anderson (1932)
Masa 9,10938215 × 10−31 kg
1/1822,88849 uma
Carga eléctrica +1,602176487 × 10−19
C
Momento magnético −1.00115965218111 μB
Espín ± 1/2

18. Descubrimiento
 En 1932, poco después de la predicción del positrón por Dirac, Carl D.
Anderson encontró que las colisiones de los rayos cósmicos producían
estas partículas dentro de una cámara de niebla— un detector de
partículas donde los electrones o los positrones que se mueven a través de
él dejan detrás de ellos trayectorias, marcando su movimiento por el gas.
La relación entre la carga eléctrica y la masa de una partícula puede
medirse observando las curvas que marcan en su camino por la cámara de
niebla dentro de un campo magnético.

19. En 1932, Carl Anderson, físico del Instituto de Tecnología de
California, detecto realmente al antielectrón (positrón)
Positrón

20. Uso de los positrones
 Tomografía por emisión de positrones
La tomografía por emisión de positrones o PET es una
tecnología sanitaria propia de una especialidad medica llamada
medición nuclear.
Esquema del proceso de captura de la PET

21. Antiprotón
El antiprotón (símbolo 𝑝) es la antipartícula del protón. Los antiprotones son
estables pero de vida muy corta. Un antiprotón se compone de dos antiquarks
arriba y un antiquark abajo ( 𝑢 𝑢 𝑑 ).
Estructura de quarks de un antiprotón

22. Clasificación Antibarión
Familia Fermión
Grupo Hadrón
Teorizada Paul Dirac
Descubierta Emilio Segré & Owen Chamberlain
(1955)
Masa 1,672 621 637(83)×10−27
kg
938,272 013(23) MeV/𝑐2
Carga eléctrica -1,602 176 487 × 10−19
C
Espín 1⁄2

23. Descubrimiento
 El descubrimiento del antiprotón fue publicado el 1 de
noviembre de 1955 en Physical Review Letters .Owen
Chamberlain, Emilio Segrè, Clyde Wiegand y Thomas
Ypsilantis, miembros del Laboratorio de Radiación de la
Universidad de California en Berkeley, observaron una
nueva partícula subatómica, idéntica al protón, pero
con carga eléctrica negativa en lugar de positiva.
Utilizaron el recién inaugurado Bevatrón, entonces el
acelerador de partículas más potente del mundo, capaz
de acelerar protones hasta energías de unos 6,5 GeV. La
observación de un antiprotón requería crear un par
protón-antiprotón, es decir, una energía superior al
doble de su masa, unos 2 GeV. En el Bevatrón se
decidió hacer incidir un haz de protones de 6,5 GeV en
un blanco de neutrones estacionario. Descubrimiento del antiprotón

24. Uso de los antiprotones
 El uso de los antiprotones en forma de proyectiles dirigidos a lugares específicos
del cuerpo (tumores) haría que, al aniquilarse en su destino, con cargas positivas
allí existentes, se originasen rayos gamma y piones que saldrían del cuerpo, se
detectarían y producirían las correspondientes imágenes precisas. La energía
liberada podría usarse para destruir el tumor.

25. Antineutrón
El antineutrón es la antipartícula del neutrón y su símbolo es 𝑛. Un antineutrón tienen la misma
masa que un neutrón, y ninguna carga eléctrica neta pero tiene un numero bariónico opuesto
(+1 para el neutrón, -1 para el antineutrón).
Estructura de quarks de un antineutrón

26. Clasificación Antibarión
Composición 1 antiquark up, 2 antiquarks down
Familia Fermión
Grupo Hadrón
Descubierto Bruce Cork (1956)
Masa 939,565 560(81) MeV/𝑐2
Carga eléctrica 0
Momento magnético +1.91 µN
Espín 1⁄2

27. Aniquilación partícula – antipartícula
Si una partícula y su antipartícula se encuentran en los estados cuánticos
apropiados, entonces pueden aniquilarse la una a la otra y producir energía u
otras partículas.

28. Aniquilación positrón - electrón
La reacción e+ + e- → γ + γ se conoce como aniquilación positrón-electrón. Consiste
en la conversión total de la masa de un electrón y un positrón en energía, es la forma
más observada de aniquilación partícula-antipartícula.
Esquema de una aniquilación electrón – positrón

29. Cantidad de energía que produce
una aniquilación partícula - antipartícula
 La aniquilación de una partícula con una antipartícula genera gran
cantidad de energía según la ecuación de Einstein E=mc² La energía
generada por kilo (9×1016 J/kg), es unas diez mil millones de veces mayor
que la generada por reacciones químicas y diez mil veces mayor que la
energía nuclear de fisión.
 Por ejemplo, se estima que sólo serían necesarios 10 miligramos de
antimateria para propulsar una nave a Marte.

30. Antihidrogeno
 Es el átomo de antimateria equivalente al hidrogeno común. Esta formado
por un antiprotón y un positrón, por lo que tiene las mismas propiedades,
pero con las cargas eléctricas invertidas.
Un Antihidrogeno esta formado por un antiprotón y un positrón

31. Historia experimental
 En 1995, el CERN anuncio la creación de 9 átomos de hidrogeno en el
experimento PS210.
 Realizado en Fermilab confirmo el hecho, y poco después se crearon otras
100 átomos de hidrogeno mas. Se creo combinando en un acelerador de
partículas, un antielectrón y un antiprotón, enfriados hasta casi el cero
absoluto para frenarlos y confinarlos con campos magnéticos para que no
chocaran con átomos normales.

32. Producción de otras antipartículas
 En 1965, en la Unión Soviética se contaba con el mayor acelerador de
partículas del mundo. Se formo un grupo de investigación para
experimentar con antimateria dirigido por el físico León Max Lederman y
se consiguió producir la primera partícula compleja de antimateria: el
antideuterio, formado por 2 partículas básicas: el antiprotón y el
antineutrón. Posteriormente, usando el mismo acelerador, se consiguió el
antihelio (dos antiprotones y dos antineutrones).

34. La partícula del ángel
 Científicos de la Universidad de Stanford y la Universidad de California han
descubierto la evidencia de la llamada 'partícula ángel' o fermión de Majorana,
anunciada hace 80 años por el físico italiano Ettore Majorana. Lo inusual de esta
partícula, apodada así a partir de la novela de Dan Brown 'Ángeles y Demonios',
consiste en que es al mismo tiempo su propia antipartícula.
 Teoría:
 En 1937, un físico brillante, Ettore Majorana, predijo que en el caso de las partículas
conocidas como fermiones (entre las que se incluye el protón, el neutrón, el electrón,
el neutrino y el quark), deberían existir partículas que fueran, además, sus propias
antipartículas.

35. Experimento
 El equipo de investigadores realizó un experimento mediante el cual apiló
juntas las películas finas de dos materiales cuánticos y pasó una corriente
eléctrica a través de las mismas en una cámara de vacío enfriada. Con
ayuda de un imán, los investigadores pudieron modificar la velocidad de
los electrones, y en ciertos puntos esta acción causó la aparente aparición
de las cuasi partículas de Majorana.

36. Partícula del ángel

37. Antimateria
ES UNA FORMA DE MATERIA MENOS FRECUENTE QUE ESTA CONSTITUIDA POR
ANTIPARTÍCULAS, EN CONTRAPOSICIÓN A LA MATERIA COMÚN, QUE ESTA
COMPUESTA DE PARTÍCULAS.

38. Historia de la antimateria
La existencia de la antimateria fue predicha antes de que nadie la hubiera observado. Al inicio del
siglo XX se enunciaron dos importantes teoría, la de la Relatividad de Einstein y la Teoría Cuántica
de la materia de Schrödinger y Heisenberg. En 1929 el físico británico Paul Adrien Maurice Dirac
aplicó ambas teorías a la realidad atómica y logró , mediante una ecuación, predecir el
comportamiento de los electrones en el átomo.
El modelo matemático propuesto por Dirac, condujo a dos posibles soluciones. Una para describir el
comportamiento de los electrones y otra que predice la existencia de electrones cargados
positivamente , son los positrones.
Desde entonces, se han ido descubriendo experimentalmente muchas de estas partículas.
• Carl D. Anderson descubrió el positrón en 1932.
• Emilio Segre y Owen Chamberlain descubrieron el antiprotón y antineutrón.

39. Preservación
La antimateria en forma de partícula cargada se puede contener por una combinación de un campo
eléctrico y campo magnético, en un dispositivo llamado “trampa de Penning” o trampa iónica.
En azul las líneas de campo
eléctrico y en rojo las líneas de
campo magnético

40. Producción y costo
 PRODUCCION:
La producción de antimateria, además de
consumir enormes cantidades de
energía, es muy poco eficiente, al igual
que la capacidad de almacenamiento,
que ronda solo el 1% de las partículas
creadas. Debido a que el solo contacto
con la materia, este se desintegran

41.  COSTO:
A pesar de ser lo mas escaso, la
antimateria es la sustancia mas cara
del mundo, llegando a costar un
aproximado de 62 500 millones de
USD tan solo el miligramo.
Antimateria

42. La antimateria en la teoría del Big Bang
 Se especula que la materia que el día de hoy forma actualmente el
universo podría ser el resultado de una asimetría entre materia y
antimateria. Se dice que la diferencia es tan insignificante como de una
partícula mas de materia por cada diez mil millones de parejas partícula –
antipartícula.
El Big Bang

43. ¿Existen galaxias de antimateria ligada
por antigravedad?
 Antigravedad: Es una fuerza teórica o hipotética predicha por las leyes de
la física de altas energías que consiste en la repulsión de todos los cuerpos
debido a una fuerza que es igual en magnitud a la gravedad pero en vez
de ser atractiva, es repulsiva.

44. Muchos científicos confían en esta posibilidad, pero todavía no ha podido ser
enteramente descartada. Esta pregunta plantea la hipótesis de que existan
grandes extensiones de antimateria. Existen argumentos de que esta teoría
sea improbable, debido a que la antimateria en forma de antipartículas se
crea constantemente en el universo en las colisiones de alta energía. Sin
embargo, estos son sucesos demasiado aislados como para que estas
antipartículas puedan llegar a encontrase y combinarse.