Motor de propulsión de antimateria rediseñado utilizando el kit de herramientas de simulación de física de partículas del CERN

Si se rompe un trozo de materia en antimateria, se liberará mil veces más energía que la misma masa de combustible en un reactor de fisión nuclear y unas 2 mil millones de veces más que quemar el equivalente en hidrocarburos.

Por lo tanto, no es de extrañar que la antimateria sea el combustible de los sueños de los fanáticos de la ciencia ficción.

El problema, por supuesto, es que la antimateria es bastante escasa, lo que hace que la perspectiva de construir un cohete basado en esta tecnología sea algo remota.

Pero de vez en cuando los físicos dejan de lado estas preocupaciones y se divierten un poco averiguando qué tan buenos pueden ser los motores de cohetes de antimateria. Hoy es el turno de Ronan Keane en Western Reserve Academy y Wei-Ming Zhang en Kent State University, ambas en Ohio, quienes adoptan un nuevo enfoque al problema con algunos resultados interesantes.

Primero, algo de ciencia espacial básica. La velocidad máxima de un cohete depende de su velocidad de escape, la fracción de masa dedicada al combustible y la configuración de las etapas del cohete. Los dos últimos factores dependen en gran medida de los detalles finos de la ingeniería y la construcción, y al considerar la propulsión espacial para el futuro lejano, parece apropiado posponer el estudio de tales detalles, dicen Keane y Zhang.

Entonces, estos tipos se enfocan en la velocidad de escape, la velocidad de las partículas producidas en las aniquilaciones de materia-antimateria cuando salen del motor del cohete.

El empuje de estas aniquilaciones proviene en gran parte del uso de un campo magnético para desviar las partículas cargadas creadas en la aniquilación. Estos tipos se centran en la aniquilación de protones y antiprotones para producir piones cargados.

Por tanto, un factor importante es la eficacia con la que el campo magnético puede canalizar estas partículas fuera de la boquilla.

De hecho, la velocidad de escape de estos piones depende de dos factores: su velocidad inicial promedio cuando se crean y la eficiencia del diseño de la boquilla magnética.

En el pasado, varios físicos han calculado que los piones deberían viajar a más del 90 por ciento de la velocidad de la luz, pero que la boquilla solo tendría una eficiencia del 36 por ciento. Eso se traduce en una velocidad de escape promedio de solo un tercio de la velocidad de la luz, apenas relativista y algo decepcionante para los fanáticos de la propulsión de antimateria.

Sin embargo, todo eso va a cambiar ahora. Keane y Zhang han creado un conjunto diferente de figuras con la ayuda de un software desarrollado por CERN que simula la interacción entre partículas, materia y campos de varios tipos.

El CERN utiliza este software, llamado GEANT4 (abreviatura de Geometry and Tracking 4), para comprender mejor cómo se comportan las partículas en el Gran Colisionador de Hadrones, que a su vez colisiona haces de protones y antiprotones. Por tanto, es ideal para la tarea de Keane y Zhang.

El nuevo trabajo produce buenas y malas noticias. Primero lo malo. Las nuevas simulaciones indican que los piones producidos de esta manera serán significativamente más lentos de lo que se pensaba anteriormente, viajando a solo el 80 por ciento de la velocidad de la luz.

La buena noticia es que las simulaciones de GEANT4 indican que una boquilla magnética puede ser mucho más eficiente de lo que se imaginaba anteriormente, alcanzando un 85 por ciento de eficiencia. Eso se traduce en una velocidad de escape promedio de alrededor del 70 por ciento de la velocidad de la luz. Eso es mucho más prometedor. Las verdaderas velocidades relativistas se vuelven una vez más una posibilidad, dicen Keane y Zhang.

Estos chicos tienen otra sorpresa bajo la manga. Su boquilla tiene una fuerza de campo magnético de alrededor de 12 Tesla. Dicho campo podría producirse con la tecnología actual, mientras que los diseños de boquillas anteriores anticipaban y requerían grandes avances en esta área, dicen.

Eso hará sonreír a muchos fanáticos de la ciencia ficción.

Por supuesto, existe el pequeño problema de reunir suficiente antimateria para un viaje de una duración decente. El número de antiatómicos fabricados en el CERN es lo suficientemente pequeño como para ser contable. Según una estimación, a este ritmo se necesitarán mil años para producir un solo microgramo de antimateria.

Keane y Zhang señalan que todas las estimaciones anteriores son anteriores al descubrimiento de la nave espacial PAMELA el año pasado de que la Tierra está rodeada por un anillo de antiprotones y sugieren que esto podría extraerse como combustible. Lo que no mencionan, sin embargo, es que PAMELA detectó solo 28 antiprotones en dos años, mucho menos que el ritmo al que el CERN los produce a diario.

Keane y Zhang terminan señalando que otras tecnologías de combustibles han avanzado a un ritmo exponencial, como la producción de hidrógeno líquido, por ejemplo. Si la fabricación de antimateria sigue una trayectoria similar, quién sabe qué podría pasar.

Interesante, entretenido y tremendamente ambicioso, todo muy divertido.

Ref: arxiv.org/abs/1205.2281 : Propulsión de antimateria con núcleo radiante: diseño y optimización del motor

esconder