¿Qué es un cohete de antimateria?
Otra idea más absurda es la tecnología de propulsión de velas ligeras, que fue desarrollada por el físico Robert? Recomendación futura en 1962. En lugar de transportar combustible, la nave espacial lleva una enorme vela. Un conjunto de láseres en la Luna dispara un láser de alta energía y lo enfoca en la vela. En teoría, esta tecnología podría permitir que la nave espacial alcance una velocidad máxima de 1/5 de la velocidad de la luz. Sin embargo, esta imaginativa tecnología actualmente sólo existe en concepto y se estima que no se hará realidad hasta finales del siglo XXII.
¿Usar tecnología de velas ligeras para explorar el espacio profundo? ¿Plan de rodaje de celebridades? ¿Pete el fundador? Pete Worden cree que hay dos formas de hacer realidad la exploración del espacio profundo: una es hacer que la nave espacial sea más pequeña y la otra es utilizar energía más eficiente para generar el empuje requerido. ¿Cómo plantearse el lanzamiento de una nave espacial que lleve más equipos de detección y más inteligentes a otro planeta? Su respuesta es que la forma más probable de volar un pequeño avión al espacio a 1/5 de la velocidad de la luz es utilizar antimateria como fuente de energía para el cohete.
1. ¿Qué es la antimateria?
La primera partícula de antimateria fue descubierta en 1932 por el físico estadounidense Carl? ¿David? Carl David Anderson descubrió el positrón. Mientras estudiaba partículas de alta energía de los rayos cósmicos, descubrió que cuando los rayos cósmicos interactúan con objetivos experimentales, pueden crear partículas que parecen electrones pero que están cargadas positivamente. ¿Cómo llamó a esta partícula? ¿Positrón? . Posteriormente se descubrió el antiprotón, una partícula con exactamente las mismas propiedades que el protón pero con carga negativa. ¿Cómo llama la gente a todas estas partículas? ¿Partículas de antimateria? Su masa, espín y otras propiedades son las mismas que las de las partículas que componen nuestro mundo cotidiano, pero tienen signos de carga opuestos.
La antimateria es teóricamente el combustible más eficiente. Porque cuando las antipartículas y las partículas positrónicas chocan, se destruyen entre sí y se convierten en fotones de alta energía. Este proceso se llama aniquilación.
La aniquilación convertirá el 100% de la masa de materia positiva y negativa en energía. Obedece la ecuación masa-energía de Einstein E = MC^2 y es 100 veces más eficiente que la fusión nuclear. Algunos estudiosos han calculado que la energía producida por la aniquilación de aproximadamente 1 gramo de materia positiva y negativa es equivalente a los tres bloques arrojados sobre Hiroshima. ¿Niño pequeño? Bomba atómica.
Por lo tanto, la perspectiva de los motores de antimateria es muy atractiva. La antimateria puede usarse como combustible para aviones para volar a altas velocidades en el universo. En principio, un pequeño detector robótico que llevara sólo unos pocos gramos de combustible de antimateria podría acelerar a 1/10 de la velocidad de la luz.
En segundo lugar, ¿dónde está la antimateria?
En los primeros días del universo, la materia positiva y la negativa deberían, en principio, aparecer en pares y luego convertirse completamente en fotones. Pero si hubiera exactamente la misma cantidad de partículas positivas y negativas, nuestro mundo no nacería. La existencia de nuestro mundo significa que la materia positiva restante después de la aniquilación mutua de la materia positiva y negativa después del Big Bang constituye el universo actual. Entonces, ¿existe un mundo en algún lugar del espacio hecho enteramente de antimateria?
Por experiencia, no puede haber una gran cantidad de antimateria cerca de la Tierra, porque la atmósfera terrestre puede extenderse muy alto. Si hubiera mucha antimateria cerca de la Tierra, veríamos eventos de aniquilación y liberación de energía muy fuertes. De manera similar, el sol también debe estar hecho de materia positiva, porque ¿partículas solares? El viento solar continúa soplando sobre la superficie de la Tierra sin aniquilarse. Lo que sí es seguro es que todos los cuerpos celestes del sistema solar están compuestos de materia positiva.
Más allá del sistema solar, las estrellas también llenan el medio interestelar. Si algunas estrellas de la Vía Láctea están hechas de antimateria, entonces deberíamos ver violentas liberaciones de energía entre esta estrella y otras estrellas. Pero, ¿es posible que en algún lugar del universo distante exista un pequeño mundo de antimateria y que los fenómenos de aniquilación en el borde de ese mundo sean demasiado débiles porque están demasiado lejos de nosotros?
En 1996, el físico chino-estadounidense profesor Zhaozhong Ting lanzó al espacio un enorme imán permanente. Este imán permanente se llama espectrómetro magnético alfa. Cuando las partículas cargadas ingresan a un espectrómetro magnético, se puede medir su masa y carga, lo que ayuda a los investigadores a distinguir entre partículas de materia ordinaria y partículas de antimateria. Si se descubrieran núcleos de antihelio en el espectrómetro magnético Alfa, sería una evidencia tangible de que existe un mundo en los confines del universo compuesto enteramente de antipartículas. Pero hasta ahora el espectrómetro magnético Alpha no ha hecho tal descubrimiento.
¿Por qué podemos observar tanta materia positiva y sólo una cantidad muy pequeña de antimateria en el universo? ¿Cuál es la explicación del científico? ¿Es esta una teoría no probada? La materia positiva y la antimateria producidas en el Big Bang fueron sólo aproximadamente iguales, y la cantidad total de materia positiva fue ligeramente mayor que la cantidad total de antimateria. Ciertos aspectos de las leyes de la física hacen teóricamente posible este desequilibrio. La materia y la antimateria deberían haberse aniquilado juntas, pero un poco más de materia sobrevivió a la Gran Aniquilación para formar todo lo que hoy existe en el universo.
En tercer lugar, cómo obtener antimateria
En la Tierra, los físicos de alta energía han dominado la tecnología para crear antiprotones y positrones. En los grandes aceleradores, un haz de protones se acelera a energías extremadamente altas y se dispara hacia un objetivo. La energía cinética de este protón es muy alta, decenas de veces su propia masa estática. En una colisión con un objetivo, la energía cinética del protón puede convertirse en nuevas partículas.
Los tipos de estas partículas son muy complejos e incluyen mesones π, mesones K y protones, y también se producen una pequeña cantidad de antiprotones.
¿Consejo Europeo de Investigación? Nucleaire (también conocido como Laboratorio Europeo de Física de Partículas) pudo producir de esta manera grandes cantidades de antiprotones ya en los años 1980. La velocidad y dirección de los antiprotones después de su producción son diferentes. Si desea recolectar estos antiprotones, debe encontrar una manera de enfriarlos a la misma velocidad y guiarlos hasta el almacenamiento.
Una forma sencilla de almacenar antimateria es introducirla en un campo magnético, donde pueda girar. En 1987, Estados Unidos publicó un informe sobre un estudio de propulsores de antimateria que afirmaba que el número de antiprotones que recogieron en ese momento era de varios billones (10 12).
Experimentos en aceleradores han demostrado que la energía puede crear partículas y antipartículas a temperaturas que simulan el Big Bang. En primer lugar, ese fue el origen de la materia y la antimateria.
En cuarto lugar, cómo almacenar la antimateria
Los antiprotones son partículas cargadas que pueden ser suprimidas por campos magnéticos. El cuerpo de confinamiento utilizado por el CERN para acumular antimateria es muy grande y la densidad de la antimateria es extremadamente delgada. Si desea utilizar antimateria en el motor de un cohete, debe enfriarla hasta un estado sólido, hasta la densidad de la materia normal, para poder almacenarla de manera más eficiente.
El almacenamiento seguro es también una de las mayores dificultades en los propulsores de antimateria. Los expertos en explosivos del siglo XIX probablemente consideraban que la nitroglicerina era el explosivo más peligroso. Basta con poner unas gotas sobre la piedra y golpearla con un martillo. Pero este peligro palidece en comparación con la antimateria. La antimateria debe suspenderse y almacenarse en un recipiente al vacío, completamente aislado de la materia ordinaria. Generalmente se cree que esto se logra mediante limitaciones de campos magnéticos o eléctricos. Este método de almacenamiento ha sido probado en pequeñas cantidades de sustancias comunes, pero su seguridad requiere una investigación cuidadosa.
Verbo (abreviatura de verbo) La perspectiva de los cohetes de propulsión de antimateria
Ya en 1953, el científico espacial alemán Eugen Sanger propuso que las naves espaciales podrían ser propulsadas por antimateria, más tarde alimentadas con antimateria. Los cohetes se convirtieron en el vehículo interestelar favorito de los escritores de ciencia ficción.
Los científicos creen que la aniquilación de materia positiva y negativa liberará una enorme energía y es el combustible más eficiente. Comparando el efecto de cada 1000 g de combustible para motores de cohetes, la reacción química puede producir 1x10 7 julios, la fisión nuclear puede producir 8x10 13 julios, la fusión nuclear puede producir 3x10 14 julios y la aniquilación de antimateria puede producir. Este tipo de cohete propulsado por antimateria tiene el impulso específico más alto. El combustible en el enorme tanque de combustible y el propulsor como el del transbordador espacial se puede reemplazar completamente con 100 miligramos de antimateria, lo que reduce en gran medida el peso de la nave espacial.
Los científicos creen que utilizando antimateria para propulsar un cohete se puede acelerar a 1/10 de la velocidad de la luz con sólo 17 gramos de antimateria, y sólo tardará 40 años en viajar desde la Tierra hasta Alfa Centauri ( 4,37 años luz de la Tierra). Sin embargo, no es fácil producir antimateria y llevará tiempo producir antimateria en grandes cantidades. Actualmente, este método todavía utiliza colisionadores grandes y, por tanto, es muy caro.
Ahora, la fabricación de sistemas de propulsión de antimateria y motores de antimateria aún enfrenta obstáculos. Por ejemplo, el estado de la antimateria es inestable y se producirá una explosión nuclear catastrófica si entra en contacto con el contenedor de almacenamiento. ¿Los científicos suponen que parte de la energía generada por la aniquilación de materia positiva y negativa se expulsa desde la popa del barco, y la otra parte se expulsa desde la proa y finalmente golpea el frente? Los paneles de la vela se pliegan hacia atrás para que las dos mitades de materia puedan trabajar juntas para impulsar la embarcación hacia adelante. Las estimaciones optimistas sugieren que en los próximos 50 años, las naves espaciales propulsadas por antimateria con una velocidad de 0,4 veces la velocidad de la luz se convertirán en una realidad.
Lo interesante es que si la tecnología de las naves espaciales del futuro puede acercar la velocidad a la velocidad de la luz, según el principio de la relatividad, el paso del tiempo en la nave espacial será muy lento. Desde la perspectiva de la gente en la Tierra, una nave espacial de este tipo tardaría miles de años en volar hasta el centro de la Vía Láctea, pero para los astronautas de la nave espacial, puede que solo les lleve unos pocos días. Un día, cuando salgan de la Vía Láctea y exploren el vasto universo durante su vida, es posible que los humanos en la Tierra se hayan extinguido.