La nave espacial Enterprise, familiar para los fanáticos de la serie "Star Trek", se supone que utiliza una tecnología increíble llamada motor warp, una fuente de energía sofisticada que tiene antimateria en su corazón. La antimateria supuestamente produce toda la energía que la tripulación del barco necesita para moverse por la galaxia y tener aventuras. Naturalmente, tal planta de energía es el trabajo de ciencia ficcion.
Sin embargo, parece tan útil que las personas a menudo se preguntan si un concepto relacionado con la antimateria podría usarse para impulsar naves espaciales interestelares. Resulta que la ciencia es bastante sólida, pero algunos obstáculos definitivamente se interponen en el camino de convertir una fuente de poder de sueño en una realidad utilizable.
¿Qué es la antimateria?
La fuente del poder de la empresa es una reacción simple predicha por la física. La materia es el "material" de las estrellas, los planetas y nosotros. Está formado por electrones, protones y neutrones.
La antimateria es lo opuesto a la materia, una especie de materia "espejo". Se compone de partículas que son, individualmente, antipartículas de los diversos bloques de construcción de importar, como positrones (antipartículas de electrones) y antiprotones (antipartículas de protones). Estas antipartículas son idénticas en su mayoría a sus contrapartes de materia regular, excepto que tienen la carga opuesta. Si pudieran juntarse con partículas de materia regular en algún tipo de cámara, el resultado sería una liberación gigante de energía. Esa energía podría, en teoría, impulsar una nave estelar.
¿Cómo se crea la antimateria?
La naturaleza crea antipartículas, pero no en grandes cantidades. Las antipartículas se crean en procesos naturales, así como a través de medios experimentales, como en aceleradores de partículas grandes en colisiones de alta energía. Un trabajo reciente ha encontrado que la antimateria se crea naturalmente sobre las nubes de tormenta, el primer medio por el cual se produce naturalmente en la Tierra y en su atmósfera.
De lo contrario, se necesitan grandes cantidades de calor y energía para crear antimateria, como durante supernovas o adentro estrellas de secuencia principal, como el sol. No estamos cerca de poder emular esos tipos masivos de plantas de fusión.
Cómo podrían funcionar las plantas de energía antimateria
En teoría, la materia y su equivalente de antimateria se unen e inmediatamente, como su nombre indica, se aniquilan entre sí, liberando energía. ¿Cómo se estructuraría una planta de este tipo?
Primero, tendría que construirse con mucho cuidado debido a la gran cantidad de energía involucrada. La antimateria estaría contenida separada de la materia normal por campos magnéticos para que no se produzcan reacciones involuntarias. La energía se extraería de la misma manera que los reactores nucleares capturan el calor gastado y la energía de la luz de las reacciones de fisión.
Los reactores de materia-antimateria serían órdenes de magnitud más eficientes en la producción de energía que la fusión, el siguiente mejor mecanismo de reacción. Sin embargo, todavía no es posible capturar completamente la energía liberada de un evento de materia y antimateria. Una cantidad significativa de la producción es arrastrada por los neutrinos, partículas casi sin masa que interactúan débilmente con la materia que son casi imposibles de capturar, al menos con el propósito de extraer energía.
Problemas con la tecnología antimateria
Las preocupaciones sobre la captura de energía no son tan importantes como la tarea de obtener suficiente antimateria para hacer el trabajo. Primero, necesitamos tener suficiente antimateria. Esa es la mayor dificultad: obtener una cantidad significativa de antimateria para sostener un reactor. Mientras que los científicos han creado pequeñas cantidades de antimateria, que van desde positrones, antiprotones, anti-hidrógeno átomos, e incluso algunos átomos anti-helio, no han estado en cantidades lo suficientemente significativas como para alimentar gran parte de cualquier cosa.
Si los ingenieros reunieran toda la antimateria que alguna vez se haya creado artificialmente, cuando se combinen con la materia normal, apenas sería suficiente encender una bombilla estándar durante más de unos pocos minutos.
Además, el costo sería increíblemente alto. Los aceleradores de partículas son caros de manejar, incluso para producir una pequeña cantidad de antimateria en sus colisiones. En el mejor de los casos, costaría alrededor de $ 25 mil millones producir un gramo de positrones. Los investigadores del CERN señalan que se necesitarían $ 100 billones y 100 mil millones de años de funcionamiento de su acelerador para producir un solo gramo de antimateria.
Claramente, al menos con la tecnología actualmente disponible, la fabricación regular de antimateria no parece prometedora, lo que pone a las naves estelares fuera del alcance por un tiempo. Sin embargo, la NASA está buscando formas de capturar la antimateria creada de forma natural, lo que podría ser una forma prometedora de impulsar naves espaciales a medida que viajan a través de la galaxia.
Buscando antimateria
¿Dónde buscarían los científicos suficiente antimateria para hacer el truco? los Van Allenradiación Los cinturones, regiones en forma de rosquilla de partículas cargadas que rodean la Tierra, contienen cantidades significativas de antipartículas. Estos se crean cuando las partículas cargadas de muy alta energía del sol interactúan con el campo magnético de la Tierra. Por lo tanto, podría ser posible capturar esta antimateria y preservarla en "botellas" de campo magnético hasta que un barco pueda usarla para propulsión.
Además, con el reciente descubrimiento de la creación de antimateria sobre las nubes de tormenta, podría ser posible capturar algunas de estas partículas para nuestros usos. Sin embargo, debido a que las reacciones ocurren en nuestra atmósfera, la antimateria inevitablemente interactuará con la materia normal y se aniquilará, probablemente antes de que tengamos la oportunidad de capturarla.
Entonces, si bien aún sería bastante costoso y las técnicas de captura siguen en estudio, podría ser posible algún día para desarrollar una tecnología que pueda recolectar antimateria del espacio que nos rodea a un costo menor que la creación artificial en Tierra.
El futuro de los reactores de antimateria
A medida que avanza la tecnología y comenzamos a comprender mejor cómo se crea la antimateria, los científicos pueden comenzar a desarrollar formas de capturar las escurridizas partículas que se crean naturalmente. Entonces, no es imposible que algún día podamos tener fuentes de energía como las representadas en la ciencia ficción.
-Editado y actualizado por Carolyn Collins Petersen