Motor de propulsión de antimateria rediseñado usando software del CERN

Artículo publicado el 14 de mayo de 2012 en The Physics ArXiv blog

Las últimas simulaciones demuestran que las toberas magnéticas requeridas para la propulsión de antimateria podrían ser mucho más eficientes de lo que anteriormente se pensaba – y podrían construirse con la tecnología actual.

Haz chocar un trozo de materia con uno de antimateria y se liberará miles de veces más energía que con la misma masa de combustible en un reactor de fisión nuclear, y unas 2000 millones de veces más que quemando el equivalente en hidrocarburos.

Por tanto no es una sorpresa que la antimateria sea el combustible soñado por los aficionados a la ciencia ficción.

El problema, desde luego, es que el suministro de antimateria es bastante escaso, lo que hace que la idea de construir un cohete basado en esta tecnología sea bastante remota.

Viaje espacial en el futuro © by Marxchivist


Pero cada cierto tiempo los físicos dejan de lado estas preocupaciones y se divierten un poco calculando lo buenos que pueden llegar a ser los motores de antimateria para cohetes. Hoy es el turno de Ronan Keane de la Academia Western Reserve y Wei-Ming Zhang de la Universidad Estatal de Kent, ambas en Ohio, que dieron un nuevo enfoque al problema con algunos resultados interesantes.

Primero, algo de cohetería básica. La velocidad máxima de un cohete depende de la velocidad de escape, la fracción de la 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 ingeniería y construcción, y cuando se consideran las propulsiones espaciales del futuro lejano parece apropiado postergar el estudio de tales temas concretos”, dicen Keane y Zhang.

Por lo que estos chicos se centran en la velocidad de escape – la velocidad a la que las partículas producidas en las aniquilaciones de materia-antimateria abandonan el motor del cohete.

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

Por lo que un factor importante es la eficiencia que puede tener el campo magnético en canalizar estas partículas fuera de la tobera.

De hecho, la velocidad de escape de estos piones depende de dos factores – su velocidad media inicial cuando son creados y la eficiencia del diseño de la tobera magnética.

En el pasado, varios físicos han calculado que los piones deberían viajar aproximadamente al 90 por ciento de la velocidad de la luz, pero que la tobera tendría una eficiencia de apenas el 36 por ciento. Esto se traduce en una velocidad de escape media de apenas un tercio de la velocidad de la luz, apenas relativista y en cierto modo una decepción para los aficionados a la propulsión de antimateria.

Sin embargo, todo esto está a punto de cambiar. Keane y Zhang han llegado a un conjunto de cifras distinto con la ayuda de un software desarrollado en el CERN que simula la interacción entre partículas, materia y campos de distintos tipos.

El CERN usa este software, conocido como GEANT4 (abreviatura de Geometry and Tracking 4), para comprender mejor cómo se comportan las partículas en el Gran Colisionador de Hadrones, el cual colisiona haces de protones y antiprotones, por lo que es perfecto para la tarea de Keane y Zhang.

El nuevo trabajo produce algunas noticias buenas y otras malas. Primero las malas. Las nuevas simulaciones indican que los piones producidos de esta forma serían significativamente más lentos de lo que se pensaba, viajando a apenas el 80 por ciento de la velocidad de la luz.

Las buenas noticias son que las simulaciones de GEANT4 indican que la tobera magnética puede ser mucho más eficiente de lo que se había pensado en un inicio, alcanzando una eficiencia del 85 por ciento. Esto se traduce en una velocidad de escape media de un 70 por ciento la velocidad de la luz. Esto es mucho más prometedor. “Las auténticas velocidades relativistas vuelven a ser una posibilidad”, dicen Keane y Zhang.

Estos tipos tienen otro as bajo la manga. Su tobera tiene una fuerza de campo magnético de unos 12 Tesla. “Tal campo podría generarse con la tecnología actual, mientras que los diseños de  las toberas anteriores requerían de grandes avances en este área”, señalan.

Esto hará sonreír a muchos aficionados a la ciencia ficción.

Está, desde luego, el pequeño problema de recopilar suficiente antimateria para una viaje de duración decente. El número de antiátomos creados en el CERN es suficientemente pequeño para poder contarlo. Según una estimación, al ritmo actual se necesitarían miles de años para crear un microgramo de antimateria.

Keane y Zhang señalan que todas las estimaciones anteriores preceden al descubrimiento de la sonda PAMELA del año pasado de que la Tierra está rodeada por un anillo de antiprotones y sugieren que podría aprovecharse como combustible. No obstante, lo que no mencionan es que PAMELA apenas observó 28 antiprotones en dos años – mucho menos de la tasa a la que los crea el CERN diariamente.

Keane y Zhang finalizan señalando que otras tecnologías de combustible han avanzado a una tasa exponencial, por ejemplo, la producción de hidrógeno líquido. Si la fabricación de antimateria resulta seguir una trayectoria similar, quién sabe qué podría pasar.

Interesante, entretenido y tremendamente ambicioso – toda una sana diversión.


Artículo de Referencia: arxiv.org/abs/1205.2281: Beamed Core Antimatter Propulsion: Engine Design and Optimisation
Fecha Original: 14 de mayo de 2012
Enlace Original

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Comments (10)

  1. [...] "CRITEO-300×250", 300, 250); 1 meneos Motor de propulsión de antimateria rediseñado usando software del CERN http://www.cienciakanija.com/2012/07/16/motor-de-propulsion-de-a…  por ProfessorFranz hace 5 [...]

  2. Información Bitacoras.com…

    Valora en Bitacoras.com: Artículo publicado el 14 de mayo de 2012 en The Physics ArXiv blog Las últimas simulaciones demuestran que las toberas magnéticas requeridas para la propulsión de antimateria podrían ser mucho más eficientes de lo que a……

  3. Leyendo esto se me planeta una duda extra: el almacenamiento de esta antimateria. Como dice el artículo, la colisión de materia y antimateria produce una liberación de energía en forma de explosión tremenda. Esto quiere decir que no podemos meter la antimateria en una cajita y ale, hasta el infinito y más allá. Hay que encontrar alguna forma de almacenarla sin que entre en contacto con materia normal. Se me ocurre algo como el confinamiento por campos magnéticos, pero a nada que un átomo entrase en contacto con la antimateria se liaría bien gorda.

    Asi que…¿qué tal un mecanismo de creación de materia oscura? En vez de llevarla almacenada como tal, se lleva la misma cantidad de materia como para producirla y se va generando a lo largo del viaje.

    La ciencia ficción es lo que tiene, que uno se pone a desvariar y no acaba…

  4. Esta muy atractivo el estudio y tiene mucho merito, pero la limitante es la antimateria, a buscarla pues.

  5. fandila

    Si materia y antimateria coexisten, como algunos apuntan, o sea, que ambas son en relidad una, y la llamada materia es un resultado de la combinación de ambas, existirán “materiales” más propicios a soltar su parte de antimateria que otros, y viceversa.
    A lo mejor sería posible que ello ocurriese en esos “precombustibles” para antimateria a base de “catalizadores” en alguna forma.
    Nunca he entendido por que la antimateria libre no se encuentra por ningún sitio, sin embargo sí que se dan los espines opuestos, y al parecer no es dificil conseguir la utilización “anti”, por ejemplo en máquinas de positrones o de otras antipartículas por el estilo. ¿Esas antipartículas se generan o ya pululan por ahí con la materia?
    La antimateria ha de estar de alguna forma, siempre presente, sólo que ambas “simétricas” no interaccionan, por lo habitual, porque el equilibrio interno no se lo permite. A lo mejor fuera posible conseguir unas sustancias, al estilo de los moderadores de la reaccion nuclear de las centrales que absorbiesen un tipo u otro de materia con arrego a su espin y así separarlas, cosa que ignoro.
    La materia prima estaría en cualquier sitio.
    Pero mucho me temo que un sueño así, de ser posible, requeriría de un avance en la Física que ni se vislumbra.

    • Por otra parte, amigo Fandila, el conseguir que la antimateria esté estable y aislada de la materia para evitar la destrucción de ambas…no es, nada fácil. Se requieren unos complejos sistemas de imanes que las mantega aisladas y, no se si todo eso compensa el beneficio obtenido que, quitando el puramente científico, podríamos decir que es nulo.

      Como bien dices, manipular la antimateria requiere una física que ni se vislumbra en el horizonte actual de nuestros conocimientos. De ahí, que de vez en cuando, surjan noticias como esta que nos va ilusionando con que, algún día, lo podremos conseguir.

      Nunca digas que no. Todo podrá ser posible.

      Como dejó dicho Hilbert en su Tumba de Gotinga en Alemania: Tenemos que saber, sabremos.

  6. ¡Sueños!

    Una energía de antimateria con un motor propusado por ella pero, ¿dónde está el combustible necesario? La Antimateria, es un bien escaso.

    Quiero recordar que la primera antimateria que se pudo conseguir, se hizo en el Fermilab (no estoy seguro) pero, como digo, es difícil de obtener y, la que está retenida (antiprotones) en ese cinturón alrededor de la Tierra, no daría ni para llevarnos al planeta vecino más cercano.

    Claro que, siempre está bien especular con lo que podría ser.

    Un saludo.

  7. fandila

    No sería preciso almacenar la antimateria. El precombustible sería inerte hasta que el “motor” no uniera las dos antagonicas, una potencialmente dadora de antimateria y la otra potencialmente deficitaria de ella. En su combinación aleatoria se produciciría la aniquilación de forma mayoritaria.
    La antimateria será dificil de obtener porque habría que romper los enlaces internos que mantiene el equilibrio entre los dos formas opuestas de spin. Sin embargo de encontrar unas sustancias propicias a la descomposición hacia ambas formas materiales, es posible que ciertos “catalizadores” hiciesen el resto. Claro que se trataría de “romper” la fuerza fuerte o electromagnética dentro de los elementos. Sin emargo si las propias sustancias, anti entre si, lo lograsen, como una especie de “reacción” de profundo calado, la cosa estaría resuelta (Algo parecido a la reacción nuclear pero mucho más profunda).
    Pero dónde están esas sustancias. Seguramente que en las protomaterias oscuras que casi seguro aún no gozen de las grandes fuerzas de unión de la materia normal.
    Cualquiera sabe. Un galimatias cuántico dfícil de clarificar.
    Un cordial saludo.

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  9. Ariel Panelli

    Alguien me puede responder algo???
    Tengo entendido que de toda la energia que se libera de la aniquilacion de antimateria solo se puede canalizar un 1/c de la energia.
    Porque los piones actuarian como fotones rebotando por lo cual solo se obtendria esa insignificante nivel de impulso.
    Es verdad o estoy equivocado?

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