Θα μπορούσαν να λειτουργήσουν οι αντιδραστήρες ύλης-αντίύλης;

Το διαστημόπλοιο Enterprise, γνωστό στους θαυμαστές της σειράς "Star Trek", υποτίθεται ότι χρησιμοποιεί μια απίστευτη τεχνολογία που ονομάζεται warp drive, μια εξελιγμένη πηγή ενέργειας που έχει την αντιύλη στην καρδιά της. Η αντιύλη υποτίθεται ότι παράγει όλη την ενέργεια που χρειάζεται το πλήρωμα του πλοίου για να στραβώσει τον δρόμο του γύρω από τον γαλαξία και να έχει περιπέτειες. Φυσικά, μια τέτοια μονάδα παραγωγής ενέργειας είναι έργο επιστημονικής φαντασίας.

Ωστόσο, φαίνεται τόσο χρήσιμο που οι άνθρωποι συχνά αναρωτιούνται εάν μια ιδέα που περιλαμβάνει αντιύλη θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την τροφοδοσία διαστρικών διαστημικών σκαφών. Αποδεικνύεται ότι η επιστήμη είναι αρκετά καλή, αλλά ορισμένα εμπόδια σίγουρα στέκονται εμπόδιο στο να γίνει μια τέτοια ονειρεμένη πηγή ενέργειας σε αξιοποιήσιμη πραγματικότητα.

Τι είναι η Αντιύλη;

Η πηγή της δύναμης του Enterprise είναι μια απλή αντίδραση που προβλέπεται από τη φυσική. Η ύλη είναι το «πράγμα» των άστρων, των πλανητών και εμάς. Αποτελείται από ηλεκτρόνια, πρωτόνια και νετρόνια.

Η αντιύλη είναι το αντίθετο της ύλης, ένα είδος ύλης «καθρέφτη». Αποτελείται από σωματίδια που είναι, μεμονωμένα, αντισωματίδια των διαφόρων δομικών στοιχείων της ύλης, όπως ποζιτρόνια (αντισωματίδια ηλεκτρονίων) και αντιπρωτόνια (αντισωματίδια πρωτονίων). Αυτά τα αντισωματίδια είναι πανομοιότυπα με τους περισσότερους τρόπους με τα αντίστοιχα της κανονικής ύλης, εκτός από το ότι έχουν το αντίθετο φορτίο. Εάν μπορούσαν να ενωθούν με σωματίδια κανονικής ύλης σε κάποιο είδος θαλάμου, το αποτέλεσμα θα ήταν μια γιγάντια απελευθέρωση ενέργειας. Αυτή η ενέργεια θα μπορούσε, θεωρητικά, να τροφοδοτήσει ένα διαστημόπλοιο.

Πώς δημιουργείται η αντιύλη;

Η φύση δημιουργεί αντισωματίδια, απλώς όχι σε μεγάλες ποσότητες. Τα αντισωματίδια δημιουργούνται σε φυσικές διεργασίες καθώς και μέσω πειραματικών μέσων όπως σε επιταχυντές μεγάλων σωματιδίων σε συγκρούσεις υψηλής ενέργειας. Πρόσφατη εργασία διαπίστωσε ότι η αντιύλη δημιουργείται φυσικά πάνω από τα σύννεφα καταιγίδας, το πρώτο μέσο με το οποίο παράγεται φυσικά στη Γη και στην ατμόσφαιρά της.

Διαφορετικά, χρειάζονται τεράστιες ποσότητες θερμότητας και ενέργειας για τη δημιουργία αντιύλης, όπως κατά τη διάρκεια υπερκαινοφανών ή μέσα σε αστέρια της κύριας ακολουθίας, όπως ο ήλιος. Δεν είμαστε σχεδόν σε θέση να μιμηθούν αυτούς τους τεράστιους τύπους φυτών σύντηξης.

Πώς θα μπορούσαν να λειτουργήσουν οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής αντιύλης

Θεωρητικά, η ύλη και το ισοδύναμό της αντιύλης συγκεντρώνονται και αμέσως, όπως υποδηλώνει το όνομα, εξαφανίζονται η μία την άλλη, απελευθερώνοντας ενέργεια. Πώς θα ήταν δομημένο ένα τέτοιο εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας;

Πρώτον, θα πρέπει να κατασκευαστεί πολύ προσεκτικά λόγω των τεράστιων ποσοτήτων ενέργειας που εμπλέκονται. Η αντιύλη θα περιέχεται χωριστά από την κανονική ύλη με μαγνητικά πεδία, έτσι ώστε να μην λαμβάνουν χώρα ακούσιες αντιδράσεις. Στη συνέχεια, η ενέργεια θα εξάγεται με τον ίδιο σχεδόν τρόπο που οι πυρηνικοί αντιδραστήρες συλλαμβάνουν τη δαπανημένη θερμότητα και ενέργεια φωτός από τις αντιδράσεις σχάσης.

Οι αντιδραστήρες ύλης-αντιύλης θα ήταν τάξεις μεγέθους πιο αποτελεσματικοί στην παραγωγή ενέργειας από τη σύντηξη, τον επόμενο καλύτερο μηχανισμό αντίδρασης. Ωστόσο, εξακολουθεί να μην είναι δυνατή η πλήρης σύλληψη της εκλυόμενης ενέργειας από ένα συμβάν ύλης-αντιύλης. Ένα σημαντικό μέρος της παραγωγής παρασύρεται από τα νετρίνα, σωματίδια σχεδόν χωρίς μάζα που αλληλεπιδρούν τόσο ασθενώς με την ύλη που είναι σχεδόν αδύνατο να συλληφθούν, τουλάχιστον για τους σκοπούς της εξαγωγής ενέργειας.

Προβλήματα με την τεχνολογία αντιύλης

Οι ανησυχίες σχετικά με τη σύλληψη ενέργειας δεν είναι τόσο σημαντικές όσο το έργο της λήψης αρκετής αντιύλης για να κάνει τη δουλειά. Πρώτον, πρέπει να έχουμε αρκετή αντιύλη. Αυτή είναι η μεγαλύτερη δυσκολία:η απόκτηση σημαντικής ποσότητας αντιύλης για τη διατήρηση ενός αντιδραστήρα. Ενώ οι επιστήμονες έχουν δημιουργήσει μικρές ποσότητες αντιύλης, που κυμαίνονται από ποζιτρόνια, αντιπρωτόνια, άτομα αντι-υδρογόνου, ακόμη και μερικά άτομα αντιηλίου, δεν ήταν σε αρκετά σημαντικές ποσότητες για να τροφοδοτήσουν πολλά.

Εάν οι μηχανικοί συγκέντρωναν όλη την αντιύλη που έχει ποτέ δημιουργηθεί τεχνητά, όταν συνδυάζεται με κανονική ύλη, μετά βίας θα ήταν αρκετό για να ανάψουν μια τυπική λάμπα για περισσότερα από λίγα λεπτά.

Επιπλέον, το κόστος θα ήταν απίστευτα υψηλό. Οι επιταχυντές σωματιδίων είναι ακριβοί στη λειτουργία τους, ακόμη και για να παράγουν μια μικρή ποσότητα αντιύλης στις συγκρούσεις τους. Στην καλύτερη περίπτωση, θα κόστιζε της τάξης των 25 δισεκατομμυρίων δολαρίων η παραγωγή ενός γραμμαρίου ποζιτρονίων. Ερευνητές στο CERN επισημαίνουν ότι θα χρειαστούν 100 τετράδισεκα δολάρια και 100 δισεκατομμύρια χρόνια λειτουργίας του επιταχυντή τους για να παραχθεί ένα μόνο γραμμάριο αντιύλης.

Σαφώς, τουλάχιστον με την τεχνολογία που είναι διαθέσιμη αυτή τη στιγμή, η τακτική κατασκευή αντιύλης δεν φαίνεται πολλά υποσχόμενη, γεγονός που καθιστά τα αστροπλοία απρόσιτα για λίγο. Ωστόσο, η NASA αναζητά τρόπους για να συλλάβει φυσικά δημιουργούμενη αντιύλη, η οποία θα μπορούσε να είναι ένας πολλά υποσχόμενος τρόπος για να τροφοδοτήσει τα διαστημόπλοια καθώς ταξιδεύουν μέσα στον γαλαξία.

Αναζήτηση Αντιύλης

Πού θα αναζητούσαν οι επιστήμονες αρκετή αντιύλη για να κάνουν το κόλπο; Οι ζώνες ακτινοβολίας Van Allen —περιοχές σε σχήμα ντόνατς από φορτισμένα σωματίδια που περιβάλλουν τη Γη— περιέχουν σημαντικές ποσότητες αντισωματιδίων. Αυτά δημιουργούνται καθώς τα φορτισμένα σωματίδια πολύ υψηλής ενέργειας από τον ήλιο αλληλεπιδρούν με το μαγνητικό πεδίο της Γης. Επομένως, μπορεί να είναι δυνατό να συλληφθεί αυτή η αντιύλη και να διατηρηθεί σε "μπουκάλια" μαγνητικού πεδίου έως ότου ένα πλοίο μπορέσει να τη χρησιμοποιήσει για πρόωση.

Επίσης, με την πρόσφατη ανακάλυψη της δημιουργίας αντιύλης πάνω από τα σύννεφα καταιγίδας, θα μπορούσε να είναι δυνατό να συλλάβουμε μερικά από αυτά τα σωματίδια για τις χρήσεις μας. Ωστόσο, επειδή οι αντιδράσεις συμβαίνουν στην ατμόσφαιρά μας, η αντιύλη αναπόφευκτα θα αλληλεπιδράσει με την κανονική ύλη και θα εκμηδενιστεί, πιθανότατα πριν έχουμε την ευκαιρία να την συλλάβουμε.

Έτσι, ενώ θα ήταν ακόμα αρκετά ακριβό και οι τεχνικές σύλληψης παραμένουν υπό μελέτη, ίσως είναι δυνατόν κάποια μέρα να αναπτυχθεί μια τεχνολογία που θα μπορούσε να συλλέγει αντιύλη από το διάστημα γύρω μας με κόστος λιγότερο από την τεχνητή δημιουργία στη Γη.

Το μέλλον των αντιδραστήρων αντιύλης

Καθώς η τεχνολογία προχωρά και αρχίζουμε να κατανοούμε καλύτερα πώς δημιουργείται η αντιύλη, οι επιστήμονες μπορούν να αρχίσουν να αναπτύσσουν τρόπους σύλληψης των άπιαστων σωματιδίων που δημιουργούνται φυσικά. Επομένως, δεν είναι αδύνατο να έχουμε μια μέρα πηγές ενέργειας όπως αυτές που απεικονίζονται στην επιστημονική φαντασία.

-Επεξεργάστηκε και ενημερώθηκε από την Carolyn Collins Petersen