La antimateria podría ser la clave de las futuras naves espaciales

La investigación sobre la antimateria podría acercarnos al propulso definitivo para las naves espaciales del futuro

Desde hace mucho tiempo, el objetivo de la investigación en propulsión es llegar rápidamente a cualquier lugar del espacio. Los cohetes, nuestro medio más común de hacerlo, son excelentes para proporcionar mucha fuerza, pero extraordinariamente ineficientes. Otras opciones, como la propulsión eléctrica y la vela solar, son eficientes pero ofrecen cantidades míseras de fuerza, aunque durante mucho tiempo.

Por eso, los científicos sueñan desde hace tiempo con un tercer método de propulsión que proporcione la fuerza suficiente durante el tiempo suficiente para llevar a cabo una misión tripulada a otra estrella en una sola vida humana. En teoría, podría lograrse utilizando una de las sustancias más raras del Universo: la antimateria.

Un nuevo artículo de Sawsan Ammar Omira y Abdel Hamid I. Mourad, de la Universidad de los Emiratos Árabes Unidos, estudia las posibilidades de desarrollar un propulsor espacial con antimateria y las razones por las que es tan difícil crearla.

La antimateria se descubrió inicialmente en 1932, cuando el físico Carl David Anderson observó positrones -la forma antimateria de un electrón- en los rayos cósmicos haciéndolos pasar por una cámara de nubes. Ganó el Premio Nobel de Física en 1936 por su descubrimiento. Tardó 20 años en crearla artificialmente por primera vez.

Desde entonces, se ha pinchado a la antimateria de tantas formas como se les ha ocurrido a los científicos, incluso literalmente, pero eso provoca lo que hace más famosa a la antimateria: la autoaniquilación.

Cuando un protón de antimateria entra en contacto con protones o neutrones de materia normal, se aniquilan mutuamente y liberan una combinación de energía (normalmente en forma de rayos gamma) y también partículas efímeras de alta energía, conocidas como pión y kaón, que resulta que viajan a velocidades relativistas.Así que, en teoría, una nave podría contener suficiente antimateria para crear intencionadamente esta explosión de aniquilación, utilizando las partículas relativistas como forma de empuje y potencialmente utilizando los rayos gamma como fuente de energía.

La cantidad total de energía liberada por la aniquilación de un gramo de antiprotones es de 1,8 × 1014 julios, 11 órdenes de magnitud más de energía que el combustible para cohetes e incluso 100 veces más densidad energética que un reactor nuclear de fisión o fusión. Como dice el artículo, «un gramo de antihidrógeno podría alimentar idealmente 23 transbordadores espaciales».

Todo esto nos lleva a preguntarnos: ¿por qué no disponemos aún de estos asombrosos sistemas de propulsión?

La respuesta es sencilla: es difícil trabajar con la antimateria. Dado que se autoaniquilará con cualquier cosa que toque, debe suspenderse en un campo de contención electromagnético avanzado. Lo máximo que los científicos han sido capaces de hacer fue durante unos 16 minutos en el CERN en 2016, e incluso eso fue sólo del orden de unos pocos átomos – no los gramos o kilogramos necesarios para apoyar un sistema de propulsión interestelar.

Además, se necesitan cantidades absurdas de energía para crear antimateria, lo que la hace cara. El Decelerador de Antiprotones, un enorme acelerador de partículas del CERN, produce unos diez nanogramos de antiprotones al año a un coste de varios millones de dólares.

Extrapolando esa cifra, producir un gramo de antimateria requeriría unos 25 millones de kWh de energía, suficiente para abastecer a una pequeña ciudad durante un año. También costaría más de 4 millones de dólares a las tarifas eléctricas medias, lo que la convertiría en una de las sustancias más caras de la Tierra.

Teniendo en cuenta este gasto y la enorme escala de la infraestructura necesaria para ello, la investigación sobre la antimateria es relativamente limitada. Cada año se publican entre 100 y 125 artículos sobre el tema, lo que supone un aumento espectacular respecto a los 25 del año 2000.

Sin embargo, esta cifra contrasta con los cerca de 1.000 artículos anuales sobre grandes modelos lingüísticos, una de las formas más populares de algoritmos que impulsan el auge actual de la IA. En otras palabras, el gasto global y el relativo horizonte a largo plazo sobre cualquier pago limitan la cantidad de financiación y, por tanto, los avances en la creación y almacenamiento de antimateria.

Eso significa que probablemente pasará bastante tiempo antes de que dispongamos de una nave propulsora de antimateria. Puede que incluso necesitemos crear algunas tecnologías preliminares de producción de energía, como la fusión, que podrían reducir significativamente el coste de la energía e incluso permitir la investigación que nos llevaría finalmente hasta allí.

Sin embargo, la posibilidad de viajar a velocidades casi relativistas y de llevar a seres humanos reales a otra estrella en el transcurso de una sola vida es un objetivo ambicioso que los entusiastas del espacio y la exploración de todo el mundo seguirán persiguiendo, independientemente del tiempo que haga falta.

Este artículo fue publicado originalmente por Universe Today. Lea el artículo original.

REFERENCIA

Future of antimatter production, storage, control, and annihilation applications in propulsion technologies

Imagen principal: DALL-E