Motor de propulsión de antimateria rediseñado usando software del CERN

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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
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