¿Sería letal un átomo de antimateria si fuera aniquilado dentro del cerebro?

Estoy lidiando con una historia distópica que intenta generar algún tipo de vigilancia o control total por parte de las autoridades superiores.

Las autoridades amenazan con matar a quienes las desobedecen simplemente liberando un átomo de antimateria de su contención que se coloca dentro de tu cerebro. Vamos a descartar todo a mano, como cómo se vería la contención, qué tan grande es, cómo entró al cerebro o cómo podría apagarse, etc.

¿Sería un átomo de antimateria (digamos antihidrógeno para simplificar) instantáneamente letal si se aniquilara dentro de su cerebro? Si no, ¿cuántos átomos se requerirían? ¿Funcionaría también en otras partes del cuerpo?

Se trata de humanos tecnológicamente avanzados, pero por lo demás normales.

¿Cuál es su definición de letalidad? ¿A qué escala de tiempo estás mirando?
@L.Dutch (casi) muerte instantánea
3*10^-10 J de energía liberada, para los interesados. Aunque no tengo idea de lo letal que es...
@JoeBloggs: Podríamos suponer que el contenedor tenía una masa de ~ 1 mg y la explosión podría arrojar fragmentos de, digamos, vidrio alrededor del cerebro. Entonces 1 2 metro v 2 = 3 × 10 − 10 o, v = 7.7 × 10 − 4 EM
En aras de la claridad, ¿estamos hablando de tecnología avanzada (ya que pueden transponer antimateria a un lugar presumiblemente sin que interactúe con la materia normal mientras se transporta allí), pero por lo demás humanos normales?
@aCVn Eso es correcto
Edité para aclarar; siéntase libre de editar más. Con todas las preguntas sobre varios tipos de no humanos que recibimos, es bueno especificar tales cosas en la pregunta.
Esto debe contener respuesta. No puedo acceder desde casa. nature.com/articles/328773a0
@Miech: el artículo que vinculó entra en detalles sustanciales sobre las partículas producidas por la aniquilación de materia / antimateria y sus niveles de energía, pero no aborda sus efectos en el tejido vivo (mucho menos en la materia cerebral), por lo que no responde a esta pregunta.
Para una muerte casi instantánea, use una pequeña dosis de un veneno rápido como el cianuro. Si puede vivir con un retraso de uno o dos días, puede haber venenos que requieran dosis más pequeñas y que sean igualmente mortales. Probablemente proporcionarían la "ventaja" adicional del terror: una vez activados, sufrirás hasta que finalmente mueras. Pero la radiactividad ciertamente no es el camino a seguir.
@a4android No reemplace ni elimine la etiqueta de ciencia dura en una pregunta sin una indicación clara del OP de que quiere hacerlo, incluso si cree que la pregunta no se puede responder de manera científica. Si OP se da cuenta, posiblemente después de algunos comentarios de ida y vuelta, que la ciencia dura es demasiado estricta para sus necesidades, es mejor que eliminen la etiqueta ellos mismos, ya que hacerlo no deja ambigüedad con respecto a su intención. No puedo ver ninguna indicación en esta pregunta de que OP quisiera reducir los requisitos en las respuestas, por lo que estoy revirtiendo la edición de su etiqueta.
A veces es necesario ignorar la realidad y seguir la regla de lo genial.
@cmaster Supongo que también depende de esta tecnología de transporte que tienen, si puede apuntar a una ubicación específica, un veneno de acción central muy potente como Carafentyl podría ser mejor, ya que podría transportarlo directamente al líquido cefalorraquídeo en la vecindad del opiáceo objetivo receptores para desencadenar un paro respiratorio casi instantáneo y pérdida del conocimiento. De acuerdo, esto es, al menos en teoría, reversible, pero con la muerte en ~ 3 minutos, probablemente tenga 60-90 segundos como máximo para diagnosticar correctamente al paciente sin antecedentes para intervenir a tiempo.
Esto probablemente le haya sucedido a la mayoría de las personas al menos una vez en sus vidas.
Si estás moviendo a mano la contención de antimateria, ¿por qué limitarla a un solo átomo de antimateria?
@aCVn Agradezco la cortesía de advce sobre la reversión de edición de etiquetas. Había tenido en cuenta los factores que mencionas. Difiero en el sentido de que parece que el OP puede no entender la diferencia entre las etiquetas [basado en la ciencia] y [ciencia dura]. La confusión es entre la ciencia ficción dura per se y la etiqueta [ciencia dura] de WB. La etiqueta debe volver a etiquetarse. Anteriormente me quejé de esto con poco efecto.
En cuanto a la eficiencia, el Sr. V. tiene una solución atractiva: youtube.com/watch?v=E1jf2hOkec4

Respuestas (6)

No. La masa de un protón es aproximadamente 1.67 × 10 − 27 kg. Por lo tanto, la energía máxima total liberada por su aniquilación con un antiprotón es 2 metro C 2 = 2 × 1.67 × 10 − 27 × 9 × 10 dieciséis = 3 × 10 − 10 Joule.

Esto no es mucho. Incluso si toda esta energía se depositara dentro del cerebro de la víctima, es una cantidad muy pequeña. Pero no lo haría. Como explica este documento (que se centra en las posibles aplicaciones de la antimateria en la propulsión espacial), la mayor parte de la energía se libera en forma de piones penetrantes que se mueven rápidamente (que pueden volar 10 cm incluso en tungsteno sólido, y presumiblemente mucho más en tejido) , y algunos en forma de neutrinos, que casi no interactúan y son inútiles.

Pero miremos a un lado y calculemos el efecto que podría tener con toda la energía descargada en el cerebro de la víctima:

Aunque la energía liberada no son rayos gamma puros, el mecanismo de daño básico es el mismo para todas las partículas ionizantes de alta energía: expulsan electrones que forman átomos, cortando los enlaces moleculares. Por lo tanto, es útil calcular la dosis. (energía depositada por unidad de masa) Como la masa del cerebro humano es de alrededor de 1,5 kg, obtenemos 2 × 10 − 10 grises. A modo de comparación, una sola sesión de radioterapia puede depositar una dosis de 1-2 Grays.

Los electrones en el átomo los he despreciado por completo, ya que tienen una masa en reposo alrededor de 1830 veces más pequeña, y son tan inofensivos que en el diagnóstico PET, las personas pueden ser inyectadas con materiales radiactivos que liberan antielectrones (positrones).

Así que estoy bastante seguro de que esto no mataría ni incapacitaría a una persona, y significaría una pequeña contribución incluso a su riesgo de cáncer a largo plazo. Si el gobierno quiere implantes asesinos, vaya con explosivos o aparatos eléctricos.

¿Podría causar una ruptura de vasos sanguíneos muy pequeños y por lo tanto provocar un derrame cerebral?
Además, ¿cuántos antiátomos serían necesarios para causar realmente la muerte?
No lo sé. Para obtener predicciones más precisas, sería necesario implementar herramientas de simulación como GEANT4 y conocimientos médicos detallados. Pero por más fría que sea la antimateria, por ejemplo, la ruptura de pequeños vasos sanguíneos es mucho más fácil de causar mediante un implante explosivo o accionado mecánicamente.
Muy bien, la historia no permite operaciones quirúrgicas para tener esos dispositivos. Entonces simplemente diré que "suficientes átomos de antimateria" habrá de alguna manera dentro del cerebro a menos que alguien aquí pueda dar una estimación de cuántos átomos se requerirán.
Además, si deposita una dosis lo suficientemente alta de antimateria como para matar a la persona, todos los transeúntes serán severamente irradiados. No es el tipo de asesinato "quirúrgico" al que apunta el OP ... Una pequeña dosis de un veneno rápido y fuerte haría el truco mucho mejor.
Espera... Estoy confundido. ¿Van a teletransportar los átomos al cerebro? (Parecía indicar que se libera de la contención en su interior).
@b.Lorenz Aún no pensado ;-)
"En el diagnóstico PET, a las personas se les pueden inyectar materiales radiactivos que liberan antielectrones (positrones)". Tenga en cuenta que esto significa que 1830 positrones liberados tendrían un efecto comparable a un antiprotón liberado (sin tener en cuenta los cuantos). ¿Cuántos positrones libera el material, crees?
@Arthur En realidad, no. Un positrón liberado interactuará rápidamente y solo con otro electrón, y se aniquilará. El producto de esta aniquilación son dos fotones de rayos gamma a la friolera de 511 keV, unas cinco veces más energéticos que una tomografía computarizada de rayos X médica. Estos fotones gamma simplemente salen del cuerpo sin interactuar con él. Esa es una historia completamente diferente en comparación con la lluvia de partículas que resultará de una aniquilación protón-antiprotón. Esas son partículas cargadas que se mueven mucho más lentamente y, por lo tanto, tienen mucho más potencial para interactuar con la materia corporal.
@cmaster Tienes razón. Debería haber dicho "salida de energía comparable". Ya estábamos asumiendo erróneamente que toda la energía liberada por la aniquilación protón-antoprotón fue absorbida por el tejido circundante, así que pensé, ¿por qué no hacer eso también para la aniquilación electrón-positrón?
@cmaster: estuvo de acuerdo en que la idea del veneno es más "quirúrgica". Alternativamente, el gobierno podría usar una pequeña carga explosiva para impulsar una bolita de metal en la cabeza del objetivo.
Otra forma de ver cuán no letal es esto: mencionas que la energía es 3e-10J. De mi página favorita de Wikipedia , eso es aproximadamente la mitad de la energía que se necesita para levantar un grano de arena del grosor de una hoja de papel (0,1 mm).
Esta es una gran respuesta, pero si puedo señalar que parece asumir que solo hay un antiprotón involucrado. Debería ser posible tener un átomo de antimateria estable con hasta 82 antiprotones y unos razonablemente estables algo más altos. Vale la pena señalar que incluso 82 veces esa cantidad es poco probable que sea letal.
@TimothyAWiseman Tienes razón. Podría haber átomos más grandes. Pero el OP especificó explícitamente que (para simplificar) que es anti-hidrógeno

No. La tomografía por emisión de positrones se usa regularmente para escanear cerebros.

La PET detecta los rayos gamma creados cuando los positrones, emitidos por un trazador de radio inyectado que sufre una descomposición de la emisión de positrones , se aniquilan con electrones en el tejido del paciente.

Por ejemplo, un escáner cerebral con 18F-FDG tiene una dosis de radiación efectiva de 14 mSv [1], que es del orden de la radiación de fondo natural a la que está expuesto durante un año en Denver, Colorado.

[1] http://hps.org/documents/Medical_Exposures_Fact_Sheet.pdf

Hubo una respuesta anterior relacionada con la aniquilación de electrones y positrones. Esto es diferente del protón: la aniquilación antiprotón.
Un antiprotón es aproximadamente 1836 veces más pesado que un positrón, por lo que la energía liberada en la aniquilación será mayor por el mismo factor. Por otro lado, un miligramo de 18F-FDG contendrá del orden de 3x10^18 moléculas. Entonces, 1 mg de 18F-FDG producirá alrededor de ~ 10 ^ 15 veces más energía de aniquilación que un solo antiprotón (estas son solo estimaciones aproximadas para tener una idea de las magnitudes involucradas).
@Sebastian Esa respuesta fue eliminada por el propietario, presumiblemente porque no cumplía con los criterios de ciencia dura y no se dieron cuenta de que necesita referencias científicas en las respuestas.
@GeorgPatscheider La verdadera diferencia entre las aniquilaciones de electrones-positrones y protones-antiprotones no es la salida de energía, sino la forma de la salida de energía: el electrón-positrón solo produce dos fotones gamma inofensivos, el protón-antiprotón produce una lluvia de partículas pesadas que tienen mucho más potencial para causar estragos dentro de su cuerpo.
@cmaster Estoy de acuerdo en que el protón-antiprotón crea muchas partículas hijas. Pero yo diría que si ~10^18 aniquilaciones de electrones y positrones se consideran seguras, la aniquilación de un solo protón-antiprotón también debe ser segura, porque no es 10^18 veces más poderosa. Hay demasiadas moléculas en una cantidad ponderable de sustancia en comparación con una sola partícula elemental.
@GeorgPatscheider Sí, 10 ^ 18 es mucho, y probablemente mucho más que el efecto de la aniquilación de un solo protón. Mi punto es que comparar aniquilaciones de electrones con aniquilaciones de protones sigue siendo comparar granos de arroz con calabazas. La gran mayoría de las aniquilaciones de electrones desalojan exactamente un electrón, el que es aniquilado. La aniquilación de protones, sin embargo, produce partículas cargadas que se deslizan a través de su cuerpo, desalojando cualquier electrón que se encuentre en su camino. Esa es una gran diferencia, si me preguntas.
@cmaster No entiendo por qué la gente sigue diciendo que los fotones gamma son inofensivos. Si ese fuera el caso, no vería la dosis de radiación efectiva de 14 mSv. Algunos fotones deben estar siendo absorbidos con la posibilidad de causar daño, ¿verdad?
@Michael Es solo que las concentraciones extremadamente bajas de fotones gamma son realmente inofensivas. Sí, conllevan el riesgo de causar daño (roturas de ADN de doble cadena), pero a menos que haya tantas que una sola célula termine con más de unas pocas roturas de DS, la célula reparará felizmente el daño y continuará con es la vida.
@Michael Una tomografía computarizada de rayos X completa tampoco es inofensiva, porque sí, cada fotón de rayos X tiene alguna posibilidad de causar daño. Sin embargo, se utilizan rayos X para observar el cuerpo humano precisamente porque interactúan muy poco con el tejido humano . Un fotón de rayos X que no golpea un hueso probablemente sale del cuerpo por el otro lado sin obstáculos, listo para ser detectado. Y cuanto más duros son los rayos X, menor es la posibilidad de interacción con los electrones. Los CT usan fotones de aproximadamente 100 keV, la aniquilación de positrones produce fotones de 511 keV que interactúan mucho menos fácilmente con el tejido corporal. Necesitas mucho de eso para causar daño.
Me sorprendió saber hace uno o dos años que la descomposición nuclear natural puede producir antipartículas. ¡La antimateria está a nuestro alrededor en cantidades diminutas y de corta duración!

Este mecanismo es pobre para controlar poblaciones. Para estar seguro de matar al objetivo, se necesita un gran estallido porque la mayor parte del resultado de la aniquilación de materia/antimateria es radiación ionizante en lugar de una explosión que daña el cerebro. Esto significa que debe poner a las personas y propiedades cercanas en un riesgo significativo, lo que es contraproducente. Para este tipo de control tecnológico de la población del hermano mayor, podría ser mejor considerar un dispositivo integrado más simple que sea crítico para la vida cotidiana en su sociedad (haciendo que su presencia sea aceptable para la población) y que tenga un control secundario y funciones punitivas como desencadenar dolor, inmovilizando, y si es necesario, terminando el host. Ahora, los rebeldes que deseen eludir sus controles deben encontrar formas alternativas de sobrevivir en su sociedad, ofreciéndoles muchas opciones de historia adicionales.

Abordé aspectos de la pregunta que realmente hiciste. Si desea cambiar o actualizar la pregunta que desea hacer, utilice el botón editar.
Sin embargo, ver a algunas personas detonadas y la propiedad resultante y los daños colaterales serían una táctica de miedo efectiva.

No... pero cuanto me costaría ?

Esto pone un petardo chino en unos 30 julios y Wikipedia pone la energía cinética de un disparo en 1,8 × 10 3

Así que supondremos unos 100 julios como la cantidad de energía necesaria para matar a una persona cuando se libera directamente en el cerebro. Los órdenes de magnitud aquí son el factor importante.

b.La respuesta de Lorenz tiene una aniquilación de un solo protón a 3×10 −10 Joules.

Dividir el primero por el segundo nos dice que necesitamos aproximadamente 3 × 10 12 átomos de hidrógeno de antimateria (del orden de diez mil millones de veces más de lo que el CERN ha recolectado en un lugar al mismo tiempo). Un mol tiene 6,022 x 10 23 átomos (y pesa alrededor de 1 gramo ), por lo que necesitamos alrededor de 5 x 10 -11 gramos de hidrógeno (o, en realidad, cualquier antielemento: los neutrones necesarios aumentan la masa, pero estamos hablando tan poco que incluso cien veces más sigue siendo del orden de un solo nanogramo).

Su dispositivo de contención probablemente ocuparía más masa y requeriría energía externa (debe contenerlo en un campo electromagnético). Esto es, por supuesto, suponiendo que pueda mantenerlo atrapado durante mucho tiempo .

También puedes usar pólvora.

No, porque tenemos ejemplos del mundo real. Los astronautas están fuera del escudo de nuestra atmósfera y ocasionalmente son golpeados por rayos cósmicos de alta energía. Estos llevan un golpe más grande, pero no matan.

Casi seguro que no. Como en, "tendrás más posibilidades de ganar la lotería que de matarlos con este método".

La aniquilación de antimateria de un solo átomo (estaremos bien aquí y diremos uno con un núcleo fuerte como, digamos, hierro) libera

( 2   a t o metro s ) × ( 55.8452   gramo 1   metro o yo ) × ( 1   k gramo 1000   gramo ) × ( 1   metro o yo 6.022 × 10 23   a t o metro s ) × C 2 ≈ 1.67 × 10 − 8   j

que es 16,7 nanojulios, o más de 100 GeV, de energía. (El factor de "2 átomos" se debe a que necesita el equivalente de un segundo átomo, no necesariamente en la forma de un solo átomo literal, de materia ordinaria para completar la aniquilación). Es probable que la liberación de esto no sea todo a la vez, sino que consistirá básicamente en el átomo pesado de anti-hierro, al ser teletransportado al centro del cerebro, aniquilado con algún átomo más ligero que hará que explote catastróficamente en una lluvia de partículas y anti-partículas más ligeras, así como MUY duras (100 MeV+ ) rayos gamma para la aniquilación de antinucleones, y estas antipartículas también colisionarán y provocarán explosiones similares de los átomos que encuentran en otros lugares, produciendo aún más lluvias de partículas ionizantes terciarias, cuaternarias, etc. Esencialmente es un derby de demolición a escala atómica con miles de millones de fragmentos de materia de alta energía volando y destrozando todo a su paso: ADN, proteínas y más. Tenga en cuenta que un enlace químico tiene energía solo del orden de 1 eV, por lo que esto es suficiente para romper el orden de 100 mil millones de enlaces químicos.

ahora eso suenabastante extremo. Pero hay dos cosas a tener en cuenta aquí: incluso una sola célula, si por simplicidad [y erróneamente] la tratamos como una esfera de agua de 10 µm de diámetro, contiene alrededor de 17 billones de moléculas y, por lo tanto, 34 billones de enlaces químicos. Efectivamente, solo hay suficiente energía para romper alrededor del 0,3% de ellos. De acuerdo, eso podría ser considerablemente destructivo para esa única célula y, por lo tanto, podría esperar que al menos pudiéramos matar una neurona con esto (no puede convertir una neurona en cáncer, porque no pueden dividirse, aunque si obtiene algo como una célula glial, entonces es posible en teoría, y este es un tipo real y común de tumor cerebral, llamado glioma). Sin embargo, eso supone que todas las partículas se absorben en la neurona, y es casi seguro que ese no será el caso, porque eso significaría una absorción total dentro de los 5 micrómetros, suponiendo que parezca un punto muerto, y estas formas de radiación son mucho más penetrantes. El resultado es que tal vez podrías romper algunos miles o millones de enlaces en todo el cerebro, algo con quizás más de 10 24 átomos en él. Eso será prácticamente imperceptible.

Que es lo que es nuestro segundo punto. Los 100 GeV de energía liberados aquí corresponden a alrededor de mil partículas típicas de 1 MeV del tipo que existe naturalmente en la radiación de fondo, sin tener en cuenta la penetración posiblemente mayor de algunos de los productos de mayor energía que la harán aún menos dañina ( *). Como dosis para el propio tejido cerebral, corresponde (asumiendo que es como gamma, que en realidad no será correcto, pero solo queremos el orden de magnitud, y usando 1,5 kg para la masa de un cerebro) alrededor de 10 nanosieverts (nSv) de dosis. La exposición de fondo promedio en los Estados Unidos es de 3,1 milisieverts (mSv) por año (citar: https://www.nrc.gov/reading-rm/doc-collections/fact-sheets/bio-effects-radiation.html) o alrededor de 99 nSv/Ms. Por lo tanto, su cerebro recibe una dosis de esta cantidad aproximadamente cada 0,1 Ms, o 100 ks, o un poco más de un día (86,4 ks). En efecto, obtiene todo el valor de un día adicional y cambia la dosis de fondo normal para este período. Muy poco probable de matar, e imposible de matar "al instante". De hecho, tales dosis ultrabajas pueden incluso tener un efecto protector, y no dañino, debido a la posible hormesis de radiación (no estoy seguro de cuál es la evidencia al respecto a partir de ahora).

No obstante, hay un ángulo lateral potencialmente útil para esto que podría valer la pena considerar, y es que si las personas generalmente tienen miedo de cosas como la "antimateria" que han visto en películas y no necesariamente entienden muy bien excepto que hacer que las cosas vayan "boom", tal cosa podría ser una ayuda psicológica útiltáctica de control sobre al menos una parte de la población. Si quiere que la amenaza sea creíble, le sugiero que tenga algún tipo de dispositivo en el cerebro que cree un pequeño aneurisma artificial. Un aneurisma reventado puede matar muy rápido, y si el dispositivo también puede autodestruirse para no dejar residuos, podría parecer un evento "natural" para un autopsia poco sofisticado. Tal cosa podría funcionar, por ejemplo, colocándola cerca de un vaso sanguíneo adecuado y luego, al activarse, iniciaría la liberación de algún tipo de sustancia química que rompería parcialmente la pared del vaso, debilitándola y permitiendo así una inflamación o una hernia. de sangre (el aneurisma) para formarse, que luego estalla y causa un daño cerebral masivo.

(*) Puede pensar que la radiación de alta penetración es "peor" que la de baja penetración, por ejemplo, gamma es "peor" que alfa, pero esto es solo con respecto al hecho de que una radiación externaLa fuente de alfa es "mejor" en el sentido de que solo puede quemar la piel, pero la gamma, debido a que es penetrante, puede "quemar" todos los tejidos en todo el espesor del cuerpo de manera uniforme, lo que provoca envenenamiento por radiación, esencialmente una "quemadura por radiación sistémica". ". Pero eso es solo para una fuente externa, con el bloqueo de la piel. De hecho, si se ingiere la fuente, las partículas alfa son mucho peores, porque tienen mucho más golpe ionizante por partícula. Efectivamente, ahora los está comparando en un campo de juego justo como irradiadores de cuerpo completo, y los rayos gamma son considerablemente menos dañinos debido al hecho de que una mayor penetración significa menos posibilidades de interacción. Esto es parte de por qué el polonio-210, y no, digamos, el cobalto-60 [un emisor gamma fuerte y relativamente "puro", y mucho más fácil (¡y más barato!) de conseguir], fue utilizado para asesinar al difunto desertor ruso Alexander Litvinenko hace unos cientos de megasegundos. La dosis letal necesaria era mucho menor debido en parte a este hecho.

¿Sería letal un átomo de antimateria si fuera aniquilado dentro del cerebro?
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