Positrón

Qué es el positrón

El positrón, también llamado antielectrón, es una partícula elemental con carga eléctrica de +1e, la misma masa que el electrón (0,511 MeV/c²) y su mismo espín. Pertenece a la familia de los leptones y constituye, junto con el electrón, uno de los pares partícula-antipartícula más estudiados de la física. No forma parte de la materia ordinaria: es antimateria, y cuando se encuentra con un electrón ambos se destruyen mutuamente.

Fue el propio Carl Anderson quien acuñó el nombre al identificar la partícula, combinando "positivo" con la terminación "-ón" que ya llevaba electrón. Antes de esa fecha, Paul Dirac se refería a la entidad teórica como antielectrón, término que sigue usándose como sinónimo en textos de física.

De la ecuación de Dirac al hallazgo de Anderson

En 1928, mientras buscaba una versión relativista de la ecuación de Schrödinger, Paul Dirac formuló una ecuación para el electrón que admitía soluciones de energía negativa. Interpretó esas soluciones como la existencia de una partícula gemela del electrón pero con carga positiva. La predicción parecía casi un capricho matemático, algo que ni el propio Dirac defendió con demasiada firmeza en un primer momento.

Cuatro años después, Carl Anderson, del Instituto Tecnológico de California, estudiaba las trayectorias que dejaban los rayos cósmicos al atravesar una cámara de niebla con un campo magnético. El 2 de agosto de 1932 identificó una traza que se curvaba como la de un electrón, pero en sentido contrario: tenía que tratarse de una partícula con la misma masa y carga positiva. Publicó el hallazgo bajo el título The apparent existence of easily deflectable positives, sin mencionar siquiera la predicción de Dirac, de la que probablemente aún no tenía noticia. Un año más tarde, Patrick Blackett y Giuseppe Occhialini confirmaron el descubrimiento y lo relacionaron formalmente con el antielectrón teórico.

Cómo se produce y qué le ocurre después

Fuera de los rayos cósmicos, la vía más relevante para la medicina es la desintegración beta positiva: un radionúclido con exceso de protones convierte uno de ellos en un neutrón y emite, además de un neutrino, un positrón. Isótopos como el flúor-18, el carbono-11 o el agua marcada con oxígeno-15 se producen expresamente por esta vía en un ciclotrón para su uso como radiotrazadores.

Un positrón libre no dura mucho en el tejido. Recorre apenas unos milímetros antes de perder energía por choques sucesivos y encontrarse con un electrón; entonces ambos se aniquilan y su masa se convierte en dos fotones gamma de 511 keV que salen despedidos en direcciones opuestas. Ese par de fotones, detectado en coincidencia por un anillo de cristales, es la señal que reconstruye la imagen en un estudio PET.

Diferenciación con otras partículas

Frente al electrón, la diferencia se limita a la carga: misma masa, mismo espín, signo contrario. Frente al protón, en cambio, la distancia es de naturaleza, no solo de signo: el protón es una partícula compuesta, formada por tres quarks unidos por la interacción fuerte, mientras que el positrón es elemental y no se conoce estructura interna alguna en su interior. Comparte esa condición de partícula sin componentes conocidos con el propio electrón y con el resto de leptones.

Tampoco debe confundirse con el fotón que produce al aniquilarse. El positrón tiene masa y carga; el fotón resultante de la aniquilación no tiene ninguna de las dos cosas y viaja a la velocidad de la luz.

Preguntas frecuentes

¿Por qué se llama positrón y no antielectrón?

Porque el nombre que se popularizó fue el de su descubridor experimental, Carl Anderson, no el del físico que lo predijo. Antielectrón sigue empleándose en textos de física de partículas como sinónimo exacto.

¿El positrón existe de forma natural en el cuerpo humano?

No de forma espontánea y en cantidades relevantes. Aparece cuando se administra un radiofármaco emisor de positrones con fines diagnósticos, y también, en trazas mínimas, como producto de la desintegración natural de algunos isótopos presentes en el organismo, como el potasio-40.

¿Cuánto tiempo sobrevive un positrón antes de aniquilarse?

Del orden de nanosegundos y a lo largo de un recorrido de pocos milímetros en tejido blando, lo que en la práctica limita la resolución espacial máxima alcanzable en una imagen PET.

¿Es lo mismo la aniquilación de positrones que la formación de pares?

No. Son procesos inversos. La aniquilación destruye un electrón y un positrón para crear dos fotones; la formación de pares parte de un fotón de alta energía que, al interaccionar con un núcleo, crea un electrón y un positrón nuevos.

Referencias

1. Wikipedia, la enciclopedia libre. Positrón.
2. CERN. Carl Anderson discovers the positron.
3. La Ciencia de la Mula Francis. Paul A. M. Dirac y el descubrimiento del positrón.
4. Diccionario médico CUN. Flúor-18.