Ilustración de computadora de una posible unidad de antimateria. Crédito de la imagen: Positronics Research LLC. Click para agrandar.
Todos jugamos el juego cuando éramos niños: "salto de rana" involucraba a un niño en cuclillas a cuatro patas mientras un segundo colocaba sus manos sobre los hombros del primero. Apoyado contra la fuerza de la gravedad, el niño de pie se dobla profundamente en las piernas y luego empuja hacia arriba y sobre la parte superior de la primera. ¿El resultado? El segundo niño ahora se pone en cuclillas y el otro salto froglike sigue a su vez. No es la forma más eficiente de llegar al set de columpios, ¡pero es muy divertido en la compañía correcta!
Sin embargo, saltar de un salto no es lo mismo que "bootstrapping". Durante el arranque, un solo jugador dobla y agarra los lazos de cuero en el exterior de ambas botas. El jugador realiza un tremendo esfuerzo hacia arriba con los brazos. El salto de salto funciona: el arranque no funciona, simplemente no se puede hacer sin saltar, algo completamente diferente.
El Instituto de Conceptos Avanzados de la NASA (NIAC, por sus siglas en inglés) cree en el salto rápido, no en el campo de juego sino en el sector aeroespacial. Desde el sitio web del instituto: "NIAC alienta a los proponentes a pensar décadas en el futuro en busca de conceptos que" salten "la evolución de los sistemas aeroespaciales actuales". NIAC está buscando algunas buenas ideas y está dispuesto a apoyarlas con subvenciones de semillas de seis meses de duración para evaluar la viabilidad antes de que se asignen fondos serios de investigación y desarrollo, disponibles de la NASA y de otros lugares. Esperemos que tales semillas puedan germinar y la inversión futura las haga crecer hasta la madurez.
Sin embargo, NIAC quiere separar el salto rápido del arranque. Uno funciona y el otro no tiene ningún sentido. Según NIAC, la unidad de positrones podría conducir a un salto gigante en la forma en que viajamos por todo el sistema solar y más allá. Probablemente no hay bootstrapping al respecto.
Considere el positrón - gemelo espejo del electrón - como gemelos humanos, una cosa muy rara. A diferencia de los gemelos humanos, es poco probable que un positrón sobreviva al proceso de nacimiento. ¿Por qué? Porque los positrones y sus hermanos, los electrones, se encuentran irresistibles y se aniquilan rápidamente en una explosión de rayos gamma suaves. Pero esa explosión, bajo circunstancias controladas, se puede convertir en cualquier forma de "trabajo" que desee hacer.
¿Necesitas luz? Mezcle un positrón y un electrón e irradie un gas hasta la incandescencia. ¿Necesitas electricidad? Mezcle otro par e irradie una tira de metal. ¿Necesitas empuje? Dispara esos rayos gamma en un propelente, caliéntalo a temperaturas extraordinariamente altas y empuja el propelente hacia la parte posterior del cohete. O dispare esos rayos gamma en placas de tungsteno en una corriente de aire, caliente ese aire y lo arroje por la parte trasera de un avión.
Imagine tener un suministro de positrones: ¿qué podría hacer con ellos? Según Gerald A. Smith, investigador principal de Positronics Research, LLC de Sante Fe, Nuevo México, podría ir a cualquier parte, “la densidad de energía de la antimateria es diez órdenes de magnitud mayor que la química y tres órdenes de magnitud mayor que la fisión nuclear o energía de fusión ".
¿Y qué significa esto en términos de propulsión? "Menos peso, mucho, mucho, mucho menos peso".
Utilizando sistemas de propulsión con base química, el 55 por ciento del peso asociado con la sonda Huygens-Cassini enviada para explorar Saturno se encontró en los tanques de combustible y oxidante de la sonda. Mientras tanto, para lanzar las sondas, 5650 kg de peso más allá de la Tierra requirió un vehículo de lanzamiento que pesaba unas 180 veces el de la propia Cassini-Huygens (1.032.350 kg).
Usando solo los números del Dr. Smith, y solo considerando el empuje de maniobra requerido para Cassini-Huygens usando la aniquilación de positrones y electrones, los 3100 kg de propelente químico que cargan la sonda original de 1997 podrían reducirse a solo 310 microgramos de electrones y positrones, menos materia que el encontrado en una sola gota atomizada de niebla matutina. Y con esta reducción en la masa, el peso total de lanzamiento de Canaveral a Saturno podría reducirse fácilmente en un factor de dos.
¿Pero la aniquilación de positrones con electrones es como tener mucho aire pero absolutamente nada de gasolina? su automóvil no llegará lejos solo con oxígeno. Los electrones están en todas partes, mientras que los positrones no están disponibles naturalmente en la Tierra. De hecho, donde ocurren, cerca de horizontes de eventos de agujeros negros o por cortos períodos de tiempo después de que las partículas de alta energía ingresan a la atmósfera de la Tierra, pronto encuentran uno de esos electrones ubicuos y se vuelven fotónicos. Por esta razón tienes que hacer la tuya.
Ingrese el acelerador de partículas
Empresas como Positronics Research, dirigida por el Dr. Smith, están trabajando en tecnologías inherentes al uso de aceleradores de partículas, como el Acelerador lineal de Stanford (SLAC) ubicado en Menlo Park, California. Los aceleradores de partículas crean positrones utilizando técnicas de producción de pares electrón-positrón. Esto se logra al romper un haz de electrones acelerado relativísticamente en un objetivo denso de tungsteno. El haz de electrones se convierte en fotones de alta energía que se mueven a través del tungsteno y se convierten en conjuntos de electrones y positrones. El problema antes de que el Dr. Smith y otros creen positrones es más fácil que atraparlos, almacenarlos, transportarlos y usarlos de manera efectiva.
Mientras tanto, durante la producción en pareja, todo lo que realmente ha hecho es empaquetar una gran cantidad de energía unida a la tierra en cantidades extremadamente pequeñas de combustible altamente volátil, pero extremadamente liviano. Ese proceso en sí mismo es extremadamente ineficiente e introduce desafíos técnicos importantes relacionados con la acumulación de suficientes antipartículas para impulsar una nave espacial capaz de viajar al Gran Más Allá a velocidades que hacen posible una sonda espacial grande y un viaje espacial humano. ¿Cómo es probable que todo esto se desarrolle?
Según el Dr. Smith, "durante muchos años, los físicos han exprimido los positrones de los objetivos de tungsteno al colisionar los positrones con la materia, ralentizándolos en aproximadamente mil para usarlos en microscopios de alta resolución. Este proceso es terriblemente ineficiente; solo una millonésima parte de los positrones sobrevive. Para los viajes espaciales necesitamos aumentar la eficiencia de la desaceleración en al menos un factor de mil. Después de cuatro años de duro trabajo con trampas electromagnéticas en nuestros laboratorios, nos estamos preparando para capturar y enfriar cinco billones de positrones por segundo en los próximos años. Nuestros objetivos a largo plazo son cinco cuatrillones de positrones por segundo. A este ritmo, podríamos alimentarnos para nuestro primer vuelo al espacio impulsado por positrones en cuestión de horas ”.
Si bien es cierto que un motor de aniquilación de positrones también requiere un propulsor (generalmente en forma de gas de hidrógeno comprimido), la cantidad de propulsor en sí se reduce a casi el 10 por ciento de la requerida por un cohete convencional, ya que no se necesita un oxidante para reaccionar con el combustible Mientras tanto, las futuras embarcaciones pueden ser capaces de recoger el propulsor del viento solar y el medio interestelar. Esto también debería conducir a una reducción significativa en el peso de lanzamiento de dicha nave espacial.
Escrito por Jeff Barbour
