Ya hemos descrito anteriormente las dos familias de partículas elementales. Pero hasta ahí, no se limita la sociedad. Existen además las antifamilias. A quarks y electrones se asocian, por ejemplo, antiquarks y antielectrones. A cada partícula, una antipartícula.

Uno de los primeros éxitos de la teoría relativista del campo cuántico fue la predicción de las antipartículas: nuevos cuantos que eran la imagen especular de las partículas ordinarias. Las antipartículas tienen la misma masa y el mismo spin que sus compañeras las partículas ordinarias, pero cargas inversas. La antipartícula del electrón es el positrón, y tiene, por tanto, carga eléctrica opuesta a la del electrón. Si electrones y positrones se colocan juntos, se aniquilan, liberando la energía inmensa de su masa según la equivalencia masa-energía einstiana.

¿Cómo predijeron los físicos la existencia de antipartículas? Bueno, por la «interpretación estadística» implicaba que la intensidad de un campo determinaba la probabilidad de hallar sus partículas correspondientes. Así pues, podemos imaginar un campo en un punto del espacio describiendo la creación o aniquilación de sus partículas cuánticas con una probabilidad concreta. Si esta descripción matemática de la creación y aniquilación de partículas cuánticas se inserta en el marco de la teoría relativista del campo cuántico, no podemos contar con la posibilidad de crear una partícula cuántica sin tener también la de crear un nuevo género de partícula: su antipartícula. La existencia de antimateria es imprescindible para una descripción matemáticamente coherente del proceso de creación y aniquilación según la teoría de la relatividad y la teoría cuántica.

Hasta 1928, en la física ni siquiera como concepto se había desarrollado la idea de antimateria y, mucho menos, la capacidad de producirla. Pero el estadio cambió cuando se empezaron a conocer los estudios del físico británico Paul Dirac.

En la práctica, todo comienza con los trabajos de Dirac que publicó en el año 1929, en una época que coincide con los tiempos que se descubrían los primeros secretos de la materia, se teorizaba sobre el comportamiento de las partículas que comportan la fuerza débil, y se profundizaban los estudios de los componentes de los átomos, especialmente en la teorización de lo que se llama fuerza fuerte. Fueron tiempo en que la audacia tuvo una preeminencia como rol intelectual dentro del mundo de la física, en el cual se plantearon conceptos como el de la mecánica ondulatoria, el principio de incertidumbre o, también, el descubrimiento del espín en los electrones. Se dice que fue una de las épocas más exotérica* de la física, en la cual hubo ejercitantes que concurrieron a simpáticas metáforas para hacer más accesibles sus teorías, como fue el caso del físico austríaco Erwin Schrödinger cuando apeló a la historia de los gatitos para exponer su principio de indeterminación, con el cual describía en síntesis que las partículas más pequeñas tienen un comportamiento que, dentro del razonamiento común, no es el mayormente aceptado por las personas.

La descripción anterior, implica ubicar el escenario en el cual Paul Dirac estaba inserto cuando planteó que donde había materia, también podía haber antimateria. Concretamente señaló, que si el átomo tenía partículas de carga negativas llamadas electrones, debía haber partículas que fueran «electrones antimateria», a los que se les llamó positrones y que debían tener la misma masa del electrón, pero de carga opuesta y que se aniquilarían al entrar en contacto, liberando energía. Este descubrimiento de Dirac fue tan revolucionario que lo hizo merecedor del premio Nobel en el año 1933.

Desde la propugnación de Einstein de la existencia de agujeros negros en la teoría de la relatividad general, físicos teóricos han propuesto distintos modelos de estructuras para varios tipo de ellos. Estos tipos varían según la información que el agujero negro retenga de los entes cósmicos que generaron su origen o de las propiedades de su anterior vida como masiva estrella.

El Modelo Kerr de agujero negro, simplificado con el objetivo de intentar lograr una mejor comprensión. En rotación alrededor del eje de rotación del agujero negro, cada región afecta a la materia y a la luz de forma diferente. La esfera fotónica exterior, por ejemplo, es un área donde la luz se ve arrastrada a una órbita inestable. La ergoesfera ofrece una última oportunidad para el escape de aquellos objetos que se muevan a velocidades muy próximas a la de la luz. Cualquier cosa que atraviesa el horizonte de sucesos, sin embargo, cae irremediablemente hacia la singularidad en la forma de un disco.

Por definición todos los agujeros negros tienen la misma estructura básica, o sea, sin excepciones poseen masa; sin embargo, teóricamente se conciben diferentes tipos de agujeros. En su forma más simple, conocida como agujero negro de Schwarzschild ( en honor al astrónomo alemán Karl Schwarzschild), la masa es la única propiedad de dicho objeto, y toda ella se encuentra concentrada en un único punto de densidad infinita denominado singularidad. Pero para un agujero negro de origen estelar, de las características que distinguen a una estrella -masa, luminosidad, color, composición química, rotación y carga eléctrica- aparte de la masa, éstos retienen las propiedades de rotación y carga eléctrica. Para otros agujeros negros con distinto origen se han desarrollado otros modelos de estructura con distintas combinaciones de las tres propiedades. Una definición simple y general para describir la estructura de un agujero negro es aquella a la cual se le asignan tres propiedades: masa, momento angular y carga eléctrica.

Quizá podíamos empezar hablando de Marte y esos viajes proyectados, ¿qué resultados podemos esperar de todo eso?

Ni los astrónomos ni, incluso, geólogos planetarios, esperan grandes cosas de un viaje a Marte. Los viajes del Apolo a la Luna tampoco aportaron grandes cosas, desde el punto de vista científico. Trajeron algunas piedras que venían a confirmar lo que ya los satélites habían detectado. No obstante, el interés político y social hacia estos campos repercute favorablemente en nuestra labor. La Astrofísica es hoy un área prioritaria en España, en los planes de I+D, aunque eso sí, no por el interés en viajar a Marte…

¿Y el HUBBLE? ¿cuál es la importancia del HUBBLE dentro de la historia de los telescopios?

La importancia del HUBBLE comienza porque es el único telescopio capaz de observar en el rango óptico que hay en el espacio. Existen, no obstante, otros telescopios, de menor tamaño, que detectan la luz en otras frecuencias, como son los telescopios de rayos X, infrarrojos, radiotelescopios (telescopios de microondas), etc. El HUBBLE ha representado un desarrollo enorme para la Astrofísica porque ha permitido la observación del “espacio profundo”, de objetos cuya señal es muy débil y que, por lo tanto, están muy alejados en el tiempo, lo que ha hecho posible conocer mucho de la Historia del Universo.

¿Porqué un telescopio alejado de la Tierra?

Podemos concebir, en una muy simple definición, que el «principio de simetría» viene a ser como un intento de simplificar las cosas en términos matemáticos y abstractos. Existe, de hecho, simetría cuando se le hace algo a un objeto sin que éste cambie. Por ejemplo si usted comporta un libro de una habitación a otra de su casa, su texto no sufre ninguna variación, puede seguir siendo igual de bueno, malo o pésimo. Hay una simetría de contenido ante el desplazamiento del libro. Si lo invierte ya no se podrá leer fácilmente, pero la forma externa no ha cambiado: es una simetría de forma ante un medio giro. Si lo deja de leer ahora y lo retoma mañana, tampoco hace diferencia en el contenido, de donde se desprende una simetría con respecto a cambios en el tiempo.

Este tipo de simetrías es fácil encontrar su presencia en la naturaleza, y de ellas se desprenden leyes tan fundamentales como la conservación de la energía. De hecho, existe un antiguo e importante teorema que enunció, en 1918, Emmy Noether. Ella demostró que hay una relación entre simetrías continuas y leyes de conservación de alguna magnitud básica. Simetrías continuas son las que resultan de operaciones sin restricción de magnitud. Por ejemplo, si en vez de girar un libro que se encuentra leyendo en media vuelta lo rota un poquito, o un cuarto de vuelta, o algo diferente a media vuelta o vuelta entera, su contorno ya no se ve igual: no es una simetría continua. Importa la magnitud del ángulo de giro. Un plato, en cambio, se puede girar en cualquier ángulo, y su contorno se ve siempre igual; hay una simetría continua. La simetría de contenido que se deriva de desplazar el libro es continua, pues no importa que lo lleve al cuarto del lado, lo mueva un centímetro, o casi nada: el libro siempre sigue igual. La conservación de la energía, esa magna e inamovible ley descubierta el siglo XIX y enriquecida por Einstein con una de sus más reconocida ecuación emececuadrado es, por ejemplo, una consecuencia de la simetría continua de atrasar o adelantar (en el tiempo) todo lo que ocurre en el universo. Versiones más abstractas del teorema de Noether permiten deducir la conservación de la carga eléctrica, y la existencia de algunos mensajeros de las fuerzas.