Mohla by technologie reaktorů Matter-Antiimatter fungovat?

Hvězdná loď Enterprise, známý fanouškům série "Star Trek", má používat neuvěřitelnou technologii zvanou warp drive, sofistikovaný zdroj energie, jehož jádrem je antihmota. Antihmota údajně produkuje veškerou energii, kterou posádka lodi potřebuje, aby se pokřivila kolem galaxie a měla dobrodružství. Taková elektrárna je přirozeně práce sci-fi.

Zdá se však, že je užitečné, aby lidé často přemýšleli, zda by koncept využívající antihmotu mohl být použit k pohonu mezihvězdné kosmické lodi. Ukazuje se, že věda je docela zdravá, ale některé překážky rozhodně stojí v cestě tomu, aby se takový vysněný zdroj energie stal použitelnou realitou.

Zdroj energie Enterprise je jednoduchá reakce předpovězená fyzikou. Hmota je „hmota“ hvězd, planet a nás. Skládá se z elektronů, protonů a neutronů.

Antihmota je opakem hmoty, jakési "zrcadlové" hmoty. Skládá se z částic, které jsou jednotlivě antičásticemi různých stavebních bloků hmota, jako jsou pozitrony (antičástice elektronů) a antiprotony (antičástice protonů). Tyto antičástice jsou ve většině způsobů identické s jejich běžnými protějšky hmoty, kromě toho, že mají opačný náboj. Pokud by se mohly v nějaké komoře spojit s pravidelnými částicemi hmoty, výsledkem by bylo obrovské uvolnění energie. Tato energie by teoreticky mohla pohánět hvězdnou loď.

Příroda vytváří antičástice, jen ne ve velkém množství. Antičástice jsou vytvářeny jak v přirozeně se vyskytujících procesech, tak experimentálními prostředky, například ve velkých urychlovačích částic při srážkách s vysokou energií. Nedávná práce zjistila, že antihmota je vytvářena přirozeně nad bouřkovými mraky, což je první prostředek, kterým se přirozeně vytváří na Zemi a v její atmosféře.

Jinak to vyžaduje obrovské množství tepla a energie k vytvoření antihmoty, například během supernovy nebo uvnitř hvězdy hlavní sekvence, jako je slunce. Nejsme zdaleka schopni emulovat tyto masivní typy fúzních rostlin.

Teoreticky je hmota a její antihmotový ekvivalent spojena a okamžitě, jak název napovídá, se navzájem ničí a uvolňuje energii. Jak by byla taková elektrárna strukturována?

Zaprvé by muselo být postaveno velmi pečlivě kvůli obrovskému množství energie. Antihmota by byla izolována od normální hmoty magnetickými poli, takže nedochází k nechtěným reakcím. Energie by pak byla extrahována téměř stejným způsobem, jakým jaderné reaktory zachycují spotřebované teplo a světelnou energii ze štěpných reakcí.

Reaktory s hmotou a antihmotou by byly řádově účinnější při výrobě energie než fúze, což je další nejlepší reakční mechanismus. Stále však není možné plně zachytit uvolněnou energii z události antihmoty. Značnou část výstupu odvádějí neutrina, téměř bezhmotné částice, které tak interagují slabě s tím, že je téměř nemožné zachytit, alespoň pro účely vytažení energie.

Obavy ze zachycení energie nejsou tak důležité jako úkol dostatek antihmoty k vykonávání práce. Nejprve potřebujeme dostatek antihmoty. To je hlavní problém: získat značné množství antihmoty pro udržení reaktoru. Zatímco vědci vytvořili malá množství antihmoty, od pozitronů, antiprotonů, anti-vodíku atomů, a dokonce i několik anti-heliových atomů, nebyly v takovém významném množství, aby moc moc cokoliv.

Pokud by inženýři měli shromáždit všechny antihmoty, které kdy byly uměle vytvořeny, když se spojí s normální hmotou by sotva stačilo zapálit standardní žárovku na více než několik minut.

Navíc by náklady byly neuvěřitelně vysoké. Urychlovače částic jsou drahé na běh, dokonce i při jejich srážkách produkují malé množství antihmoty. V nejlepším případě by výroba jednoho gramu pozitronů stála řádově 25 miliard dolarů. Vědci v CERN poukazují na to, že výroba akcelerátoru na výrobu jednoho gramu antihmoty by vyžadovala 100 kvadrilionů dolarů a 100 miliard let.

Je zřejmé, že přinejmenším s technologií, která je v současné době k dispozici, pravidelná výroba antihmoty nevypadá slibně, což lodě na chvilku mimo dosah. NASA však hledá způsoby, jak zachytit přirozeně vytvořený antihmota, což by mohl být slibný způsob, jak pohánět kosmické lodě, když cestují galaxií.

Kde by vědci hledali dostatek antihmoty, aby to dokázal? Van Allenzáření řemeny - koblicovité oblasti nabitých částic, které obklopují Zemi - obsahují značné množství antičástic. Jsou vytvářeny jako velmi vysokoenergetické nabité částice ze Slunce, které interagují s magnetickým polem Země. Bylo by tedy možné zachytit tento antihmotu a uchovat ho v „lahvích“ z magnetického pole, dokud by ho loď nemohla použít k pohonu.

S nedávným objevem tvorby antihmoty nad bouřkovými mraky bylo také možné zachytit některé z těchto částic pro naše použití. Protože však reakce probíhají v naší atmosféře, antihmota bude nevyhnutelně interagovat s normální hmotou a ničit, pravděpodobně dříve, než ji budeme mít šanci zachytit.

Takže, i když by to bylo stále docela drahé a techniky zachycení zůstávají studovány, jednou by to bylo možné vyvinout technologii, která by mohla sbírat antihmotu z vesmíru kolem nás za cenu nižší než umělá tvorba na Země.

Jak technologie postupuje a začneme lépe porozumět tvorbě antihmoty, vědci mohou začít vyvíjet způsoby zachycování nepolapitelných částic, které jsou přirozeně vytvořeny. Není tedy nemožné, abychom jednoho dne mohli mít zdroje energie, jaké jsou zobrazeny ve sci-fi.

- Upraveno a aktualizováno uživatelem Carolyn Collins Petersen