Oamenii de știință explorează posibilitățile de propulsie cu antimaterie în încercarea de a realiza călătorii interstelare, arată Science Direct.
Deși rachetele convenționale oferă o forță de propulsie mare, acestea se confruntă cu o eficiență scăzută. În schimb, propulsia electrică și velele solare oferă o eficiență ridicată, dar generează o forță de propulsie minimă.
Studiu: Racheta antimaterie de 300 de ori mai puternică decât fuziunea ar putea ajunge mult mai repede la stelele din apropiere
În acest sens, oamenii de știință se uită spre o soluție teoretică care valorifică energia imensă a antimateriei.
„Propulsia cu antimaterie este o tehnologie revoluționară cu potențial de a transforma explorarea spațială, permițând călătoria în locuri îndepărtate, considerate cândva imposibile”, afirmă un nou studiu realizat de cercetători de la Universitatea Emiratelor Arabe Unite.
„Navele spațiale pot traversa Sistemul Solar pentru a ajunge la stelele din apropiere într-un interval de zile sau săptămâni (în timpul vieții unui om) datorită acestui potențial energetic enorm”, spun cercetătorii, potrivit Science Direct.
Tipuri specifice de reacții de anihilare
Antimateria constă din antiparticule. Aceste antiparticule au aceeași masă ca particulele obișnuite, dar posedă sarcini opuse și rotații cuantice. Atunci când o antiparticulă întâlnește particula corespunzătoare, acestea se anihilează reciproc, eliberând masa lor combinată sub formă de energie. Aceasta este cea mai energetică reacție cunoscută în fizică.
Cu toate acestea, gama variată de reacții potențiale materie-antimaterie reprezintă o provocare semnificativă. Acum, noul studiu a susținut selectarea a două tipuri specifice de reacții de anihilare care sunt deosebit de potrivite pentru misiunile spațiale.
Prima implică interacțiunea antiprotonilor cu nucleonii, care cuprind atât protonii, cât și neutronii. Antiprotonii sunt omologii antimaterie ai protonilor, iar atunci când un antiproton întâlnește un proton sau un neutron, aceștia se anihilează reciproc. Această reacție se caracterizează prin stabilitatea sa și prin eliberarea substanțială de energie.
A doua reacție adecvată implică interacțiunea pozitronilor cu electronii. Positronii sunt echivalenții antimateriei ai electronilor. Similar anihilării antiproton-nucleon, anihilarea pozitron-electron este, de asemenea, stabilă și produce o cantitate semnificativă de energie.
Selectarea acestor reacții specifice este importantă deoarece multe particule antimaterie sunt instabile în mod natural. Dar, pentru misiunile spațiale de lungă durată, antimateria aleasă trebuie să poată fi stocată în siguranță pentru perioade îndelungate. Antiprotonii și pozitronii prezintă stabilitatea necesară.
Densitatea energetică ridicată și eficiența propulsiei antimateriei
Emoțiile legate de propulsia antimateriei provin din densitatea sa energetică. Atunci când materia și antimateria intră în contact, acestea se anihilează reciproc, transformându-și întreaga masă în energie. Acest proces eliberează o densitate energetică de 9 x 10¹⁶ J/kg.
„Pentru a descrie această magnitudine, această energie, kilogram pentru kilogram, este de aproximativ zece miliarde de ori mai mare decât combustia hidrogen-oxigen care alimentează motoarele principale ale navetelor spațiale și de 300 de ori mai mare decât reacțiile de fuziune din miezul Soarelui”, au remarcat cercetătorii în studiu.
„În plus, impulsul specific al antimateriei poate ajunge până la 20 de milioane m/s, care este cel mai mare posibil, făcând din propulsia interstelară un obiectiv în loc de un vis.”
Un alt avantaj al propulsiei cu antimaterie este eficiența sa. Aproximativ 70% din energia eliberată în timpul procesului de anihilare poate fi utilizată pentru propulsie.
Producerea și stocarea antimateriei este dificilă și costisitoare. Metodele actuale produc cantități mult sub cele necesare pentru propulsarea navelor spațiale.
Deocamdată, unul dintre cei mai promițători candidați pentru combustibilul antimaterie este antihidrogenul.
„Antihidrogenul este cel mai simplu atom pur de antimaterie. Stabilitatea sa, capacitatea de stocare pe termen lung și simplitatea de producție îi conferă potențialul de a-și mări capacitățile de producție și stocare”, au explicat cercetătorii.
Cu toate acestea, producția de antihidrogen se află încă în stadiu incipient de dezvoltare.
„Deși oamenii de știință au reușit să producă cantități infime de antihidrogen, este încă o provocare să crească la o scară suficient de mare pentru propulsarea navelor spațiale”, a concluzionat studiul.
