Illustrazione del computer di un potenziale azionamento dell'antimateria. Credito immagine: Positronics Research LLC. Clicca per ingrandire.
Tutti abbiamo giocato al gioco da bambini - "leapfrog" ha coinvolto un bambino accovacciato a quattro zampe mentre un secondo ha messo le mani sulle spalle del primo. Appoggiato all'attrazione della gravità, il bambino in piedi si piega profondamente alle gambe, quindi si alza e si alza sopra la prima. Il risultato? Il secondo bambino ora si accovaccia e un altro salto da froglike segue a sua volta. Non è il modo più efficiente per arrivare al set di altalene, ma molto divertente in compagnia giusta!
Leapfrogging tuttavia non è lo stesso di "bootstrap". Durante il bootstrap, un singolo giocatore si piega e afferra i passanti in pelle all'esterno di entrambi gli stivali. Il giocatore fa quindi uno sforzo tremendo verso l'alto con le braccia. Il salto di qualità funziona - il bootstrap no, semplicemente non può essere fatto senza saltare - una cosa completamente diversa.
L'Institute for Advanced Concepts (NIAC) della NASA crede nel saltare - non non nel parco giochi ma nell'aerospaziale. Dal sito web dell'istituto: "La NIAC incoraggia i proponenti a pensare decenni nel futuro alla ricerca di concetti che" supereranno "l'evoluzione degli attuali sistemi aerospaziali." La NIAC è alla ricerca di alcune buone idee ed è disposta a sostenerle con sovvenzioni per sementi della durata di sei mesi per testare la fattibilità prima che vengano stanziati seri fondi per la ricerca e lo sviluppo - disponibili dalla NASA e altrove. Si spera che a questi semi sia permesso germogliare e investimenti futuri li portino alla maturità.
NIAC vuole separare il salto di qualità dal bootstrap, tuttavia. Uno funziona e l'altro non ha alcun senso. Secondo la NIAC, la trasmissione del positrone potrebbe portare a un grande balzo in avanti nel modo in cui viaggiamo attraverso il sistema solare e oltre. Probabilmente non c'è nessun bootstrap al riguardo.
Considera il positrone - gemello specchio dell'elettrone - come i gemelli umani, una cosa molto rara. A differenza dei gemelli umani, è improbabile che un positrone sopravviva al processo di nascita. Perché? Perché i positroni e i loro fratelli - elettroni - si trovano irresistibili e si annichilano rapidamente in uno scoppio di raggi gamma morbidi. Ma quell'esplosione, in circostanze controllate, può essere convertita in qualsiasi forma di "lavoro" che potresti voler fare.
Hai bisogno di luce? Mescolare un positrone e un elettrone quindi irradiare un gas a incandescenza. Hai bisogno di elettricità? Mescola un'altra coppia e irradia una striscia di metallo. Hai bisogno di spinta? Spara quei raggi gamma in un propellente, riscaldalo a temperature esageratamente alte e spingi il propellente fuori dalla parte posteriore del razzo. Oppure, spara quei raggi gamma in lastre di tungsteno in un flusso d'aria, riscalda quell'aria e gettala via dal retro di un aereo.
Immagina di avere una scorta di positroni: cosa potresti farci? Secondo Gerald A. Smith, Principal Investigator for Positronics Research, LLC di Sante Fe, New Mexico, si potrebbe andare praticamente ovunque, "la densità energetica dell'antimateria è dieci ordini di magnitudo più grandi di quelli chimici e tre ordini di magnitudo più grandi di fissione nucleare o energia di fusione. "
E cosa significa questo in termini di propulsione? "Meno peso, molto, molto, molto meno peso."
Utilizzando sistemi di propulsione a base chimica, il 55 percento del peso associato alla sonda Huygens-Cassini inviata per esplorare Saturno è stato trovato nei serbatoi di combustibile e ossidante della sonda. Nel frattempo, per scagliare le sonde 5650 kg di peso oltre la Terra, è stato necessario un veicolo di lancio del peso di circa 180 volte quello della Cassini-Huygens a pieno carico (1.032.350 kg).
Usando solo i numeri del Dr. Smith - e considerando solo la spinta di manovra necessaria per Cassini-Huygens usando l'annientamento positrone-elettrone, i 3100 kg di propellente chimico che caricavano la sonda originale del 1997 potevano essere ridotti a soli 310 microgrammi di elettroni e positroni - meno materia di quello trovato in una singola goccia atomizzata di nebbia mattutina. E con questa riduzione di massa, il peso totale di lancio da Canaveral a Saturno potrebbe essere facilmente ridotto di un fattore due.
Ma l'annientamento positron-elettrone è come avere molta aria ma assolutamente niente benzina? la tua auto non andrà lontano solo con l'ossigeno. Gli elettroni sono ovunque, mentre i positroni non sono naturalmente disponibili sulla Terra. Infatti dove si verificano - vicino agli orizzonti degli eventi del buco nero o per brevi periodi di tempo dopo che particelle di alta energia entrano nell'atmosfera terrestre - trovano presto uno di quegli elettroni onnipresenti e diventano fotonici. Per questo motivo devi crearne uno tuo.
Inserisci l'acceleratore di particelle
Aziende come la Positronics Research, guidata dal Dr. Smith, stanno lavorando a tecnologie inerenti all'uso di acceleratori di particelle - come lo Stanford Linear Accelerator (SLAC) situato a Menlo Park, in California. Gli acceleratori di particelle creano positroni usando tecniche di produzione di coppie elettrone-positrone. Questo viene fatto fracassando un fascio di elettroni accelerato relativisticamente in un denso bersaglio di tungsteno. Il fascio di elettroni viene quindi convertito in fotoni ad alta energia che si muovono attraverso il tungsteno e si trasformano in gruppi corrispondenti di elettroni e positroni. Il problema prima che il Dr. Smith e altri creino positroni è più semplice che intrappolarli, immagazzinarli, trasportarli e usarli in modo efficace.
Nel frattempo, durante la produzione in coppia, tutto ciò che hai fatto è stato impacchettare molta energia legata alla terra in quantità estremamente ridotte di combustibile altamente volatile, ma estremamente leggero. Questo processo in sé è estremamente inefficiente e introduce importanti sfide tecniche legate all'accumulo di abbastanza anti-particelle per alimentare un veicolo spaziale in grado di viaggiare nel Grande Oltre a velocità che rendono possibile la sonda spaziale di grandi dimensioni - e l'astronave umano -. Come è probabile che tutto ciò accada?
Secondo il Dr. Smith, “per molti anni i fisici hanno spremuto i positroni dagli obiettivi di tungsteno scontrando i positroni con la materia, rallentandoli di circa un migliaio per usarli nei microscopi ad alta risoluzione. Questo processo è orribilmente inefficiente; sopravvive solo un milionesimo di positroni. Per i viaggi nello spazio dobbiamo aumentare l'efficienza di rallentamento di almeno un fattore di mille. Dopo quattro anni di duro lavoro con le trappole elettromagnetiche nei nostri laboratori, ci stiamo preparando a catturare e raffreddare cinque trilioni di positroni al secondo nei prossimi anni. I nostri obiettivi a lungo raggio sono cinque quadrilioni di trilioni di positroni al secondo. Di questo passo potremmo rifornirci di carburante per il nostro primo volo nello spazio basato su positroni nel giro di poche ore. "
Mentre è vero che un motore di annullamento del positrone richiede anche propellente (tipicamente sotto forma di idrogeno gassoso compresso), la quantità di propellente stessa è ridotta a quasi il 10 percento di quella richiesta da un razzo convenzionale, poiché non è necessario alcun ossidante per reagire con il carburante. Nel frattempo, le imbarcazioni future potrebbero effettivamente essere in grado di raccogliere il propellente dal vento solare e dal mezzo interstellare. Ciò dovrebbe inoltre comportare una riduzione significativa del peso di lancio di tali veicoli spaziali.
Scritto da Jeff Barbour
