¿Existe la posibilidad ( en teoría ) de construir un sistema de propulsión de antimateria, si es así cómo podemos controlar la colisión de materia-antimateria, podrá el ser humano controlar esta fuerza al igual que la electricidad?
Respuesta
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La tragedia básica de los viajes espaciales está expresada por la ecuación del cohete de Tsiolkovsky, que dice que la cantidad de masa de reacción que necesitas crece exponencialmente con tu $\Delta v/v_e$ , donde $v_e$ es la velocidad de escape. La ventaja de la propulsión de antimateria es la alta densidad de energía, pero la densidad de energía no tiene ningún efecto directo e importante en la cantidad de masa de reacción necesaria. Para muchos propósitos dentro del sistema solar, la energía solar proporciona abundante energía para algo como un propulsor iónico (que ha sido probado con éxito).
La verdadera ventaja de la propulsión de antimateria sería si se quisiera enviar una sonda a otra estrella y que llegara allí dentro de una vida humana. Para este tipo de misión, no se puede utilizar la energía solar o la energía de los rayos, y se necesita un sistema relativista. $\Delta v$ lo que significa que la densidad de energía de las reacciones químicas o de fusión o fisión no es lo suficientemente alta. En esta situación, la ecuación del cohete te va a matar a menos que la velocidad de escape sea también altamente relativista. Eso no se puede conseguir simplemente haciendo reaccionar la materia y la antimateria en una cámara y dejando que la masa de reacción salga volando por una tobera: la cámara se destruiría. Así que el diseño con el que probablemente se acabe es un motor térmico que genere energía eléctrica para hacer funcionar un acelerador de partículas, que dispare iones como masa de reacción a velocidades relativistas.
Hay muchos, muchos problemas para llevar a cabo esto. La antimateria es ridículamente difícil de producir en una cantidad significativa. Es difícil de almacenar de forma segura. De ninguna manera quieres cantidades de toneladas de antimateria cerca del planeta en el que vives, porque un desastre (o, digamos, un secuestro) probablemente acabaría con toda la vida.
Suponiendo que el motor funcione, la segunda ley de la termodinámica dice que el motor térmico no puede ser 100% eficiente, y el calor residual es probable que derrita todo el recipiente casi instantáneamente.
Las reacciones de materia-antimateria producirán un brebaje de partículas de alta energía. La aniquilación materia-antimateria (como la aniquilación protón-antiprotón, Amsler 1997) produce una gran cantidad de rayos gamma de alta energía, por ejemplo, $\gtrsim 67$ MeV procedentes de la desintegración de $\pi^0$ y la energía de esos gammas es difícil de recoger, porque son muy penetrantes. También se obtienen muones y neutrinos de los piones cargados que se producen. Los neutrinos son energía perdida. La energía de las partículas cargadas (muones y piones cargados no decaídos) es la única energía del proceso que es fácil de recoger de forma controlada. También habrá gammas de 511 keV procedentes de la aniquilación electrón-positrón.
