La propulsione ad antimateria

Quando ci poniamo di fronte all’esplorazione spaziale umana i nodi da sciogliere  sono numerosi e le problematiche tecnologiche e fisiche al  momento insormontabili.

Uno dei problemi fondamentali è quale propulsione  utilizzare per il nostro ipotetico  vascello  spaziale. Come  sappiamo le distanze cosmologiche sono sterminate,  anche semplicemente raggiungere i confini del  Sistema Solare  con  i motori convenzionali  richiede un tempo inaccettabile per un equipaggio  umano.

L’unico modo  per rendere  praticabile  un’esplorazione spaziale con  esseri umani a bordo è raggiungere velocità relativistiche che grazie alla  dilatazione  temporale prevista dalla  teoria della relatività permetterebbe all’equipaggio  di compiere la  propria  missione (se non si è troppo ambiziosi) all’interno della  propria esistenza biologica.

Una  delle  possibili soluzioni è dotare l’astronave di una propulsione ad  antimateria. Il nostro  universo  si è generato  nel  momento in cui si è rotta la perfetta simmetria tra materia  ed antimateria. Una  minuscola eccedenza di materia ha interrotto la completa  annichilazione tra materia ed antimateria, permettendo la nascita di tutto quello che  compone il  nostro universo: stelle,  galassie,  pianeti ed in definitiva noi stessi.

Sappiamo che un grammo di antimateria (come  del resto un grammo di materia) se convertito in energia ne  genera una quantità immensa, pari ad un’esplosione termonucleare.

L’annichilazione  di  un grammo di materia con uno  di antimateria produce un’energia ancora più spaventosa. Per avere un’idea  delle  forze in gioco La reazione di 1 kg di antimateria con 1 kg di materia produce 1,8×1017 J di energia (in base all’equazione E=mc²). Per contro, bruciare 1 kg di petrolio fornisce 4,2×107 J, mentre dalla fusione nucleare di 1 kg di idrogeno si otterrebbero 2,6×1015 J. In altre parole, l’annichilazione della materia con l’antimateria produce circa 70 volte l’energia prodotta dalla fusione nucleare dell’idrogeno in elio e quattro miliardi di volte l’energia prodotta dalla combustione del petrolio.

L’antimateria però esiste in minima parte in natura e quindi necessario produrla, cosa che avviene  per infinitesimali quantità  nei grandi acceleratori di particelle come il Fermilab o al  CERN di Ginevra.

Al CERN si è riusciti finora a produrre qualche centinaio di atomi di antimateria di energia relativamente bassa e confinarli per qualche  tempo dentro trappole  elettromagnetiche.

Abbiamo osservato che dall’annichilazione materia/antimateria si ha una  quasi totale conversione della massa  in energia, attraverso un procedimento molto efficiente. Il problema sta a monte, quanta  energia convenzionale (generalmente  quella  elettrica) serve per la produzione di  una data quantità di antimateria che a sua volta deve essere stoccata per un successivo uso, ad esempio come propellente per un’astronave.

Per la realizzazione di motori  specifici  per l’esplorazione  spaziale  servirebbero  diversi grammi  di antimateria un’ordine  di grandezza enormemente superiore a quanto si  è prodotto fino ad oggi. Il CERN con le sue attuali infrastrutture dovrebbe far funzionare  la sua Antimatter  Factory per circa un miliardo di anni per  produrre un solo grammo di antimateria.  Se anche  immaginassimo innovazioni tecnologiche tali da abbattere questo tempo immenso, l’energia convenzionale richiesta per produrre un paio  di grammi di antiprotoni per  anno  equivarrebbe a   un consumo totale  di energia corrispondente di circa 50 miliardi di watt, pari alla  produzione di energia di tutte  le centrali nucleari americane.

Per complicarci  le cose sarebbe poi necessario sviluppare trappole elettromagnetiche efficienti,  sicure e trasportabili indispensabili per immagazzinare l’antimateria prodotta e rilasciarla attraverso un processo controllato per la sua annichilazione nell’ipotetico propulsore della  nostra astronave.

La progettazione di motori ad  antimateria è  quindi attualmente irrisolta sia per l’impossibilità  di produrne i quantitativi necessari, sia per le complicazioni  che porterebbe ad un equipaggio  umano ad esempio la radioattività indotta. Rimane il fatto che questa propulsione, se fosse tecnicamente  possibile, permetterebbe ad  un’astronave di mantenere  accelerazioni elevate  per periodi molto lunghi, con velocità finali prossime a quelle della  luce e quindi considerevoli effetti relativistici

2 commenti

  1. E’ più che lodevole l’azione di divulgazione di argomenti scientifici di più diversa natura, dalla storia alla fisica, ma dovete porre la vs. attenzione nell’evitare clamorosi errori di base nella vs. esposizione, facendo eventualmente revisionare il testo da un esperto del settore. In particolare nel vs. articolo confondete energia (che si misura in wh o J) con potenza (che si misura in w). E’ un errore purtroppo comune, ma che declassa il valore dell’intero articolo.

    1. Author

      Caro Giancarlo grazie per la segnalazione ma non c’è alcun errore nell’articolo che per altro riprende dati da un saggio del fisico Antonio Ereditato. Parliamo di joule e watt in contesti diversi per mettere in evidenza l’impresa al momento improba di produrre qualche grammo di antimateria. un caro saluto.

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