Un arma de antimateria es un dispositivo teóricamente posible que usa antimateria como fuente de energía, propulsor o explosivo para un arma . Las armas de antimateria aún no se pueden producir debido al costo actual de producción de antimateria (estimado en 62 billones de dólares por gramo) dada la tecnología extremadamente limitada disponible para crearla en masas suficientes para que sea viable en un arma, y el hecho de que aniquila en tocar materia ordinaria, lo que dificulta la contención.
La principal ventaja de un arma teórica de este tipo es que las colisiones de antimateria y materia dan como resultado que la suma total de su equivalente energético de masa se libere como energía, que es al menos dos órdenes de magnitud mayor que la liberación de energía de las armas de fusión más eficientes (100 % frente a 0,4-1%). [1] La aniquilación requiere y convierte masas exactamente iguales de antimateria y materia mediante la colisión que libera toda la masa-energía de ambas, que para 1 gramo es ~ 9 × 10 13 julios. Utilizando la convención de que 1 kilotón de TNT equivalente = 4,184 × 10 12 julios (o un billón de calorías de energía), medio gramo de antimateria reaccionando con medio gramo de materia ordinaria (un gramo en total) da como resultado 21,5 kilotones de equivalente de energía ( poco más del 40% más que la bomba atómica lanzada sobre Hiroshima en 1945). [2]
Adquirir y almacenar antimateria
Actualmente, las pocas reacciones físicas conocidas para producir antimateria involucran aceleradores de partículas o bombardeo de partículas, pero actualmente son altamente ineficientes y prohibitivamente costosas. La tasa de producción global por año es de solo 1 a 10 nanogramos. [3] En 2008, la producción anual de antiprotones en la instalación Antiproton Decelerator del CERN fue de varios picogramos a un costo de 20 millones de dólares. Por lo tanto, al nivel actual de producción, un equivalente a una bomba de hidrógeno de 10 Mt , aproximadamente 250 gramos de antimateria, tomará 2.500 millones de años de la producción de energía de toda la Tierra para producir. [4] Un miligramo de antimateria tomará 100.000 veces la tasa de producción anual para producir (o 100.000 años). [5] Por ejemplo, un equivalente de la bomba atómica de Hiroshima tomaría medio gramo de antimateria, pero al CERN le tomaría dos millones de años producir al ritmo de producción actual. [4]
Desde la primera creación de antiprotones artificiales en 1955, las tasas de producción aumentaron casi geométricamente hasta mediados de la década de 1980; Recientemente se logró un avance significativo cuando se produjo un solo átomo de antihidrógeno suspendido en un campo magnético. Las leyes físicas como la pequeña sección transversal de la producción de antiprotones en colisiones nucleares de alta energía hacen que sea extremadamente difícil mejorar la eficiencia de producción de antimateria dada la tecnología actual.
Avances recientes y obstáculos físicos
La investigación realizada en 2008 aumentó drásticamente la cantidad de positrones (antielectrones) que se pueden producir. Los físicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en California utilizaron un pulso láser corto y ultra intenso para irradiar un objetivo de oro de un milímetro de espesor que produjo más de 100 mil millones de positrones. [6] [7] [8]
Incluso si fuera posible convertir la energía directamente en pares de partículas / antipartículas sin ninguna pérdida, una planta de energía a gran escala que genere 2000 MWe tardaría 25 horas en producir solo un gramo de antimateria. Dado el precio promedio de la energía eléctrica de alrededor de 50 dólares por megavatio hora, esto pone un límite inferior al costo de la antimateria en 2,5 millones de dólares por gramo. [9] Esto haría que la antimateria sea muy rentable como combustible para cohetes, ya que solo un miligramo sería suficiente para enviar una sonda a Plutón y regresar en un año, una misión que sería completamente inasequible con combustibles convencionales. Sin embargo, la mayoría de los científicos dudan de que alguna vez se pueda lograr esa eficiencia.
El segundo problema es la contención de antimateria. La antimateria se aniquila con la materia regular al contacto, por lo que sería necesario evitar el contacto, por ejemplo, produciendo antimateria en forma de partículas sólidas cargadas o magnetizadas, y suspendiéndolas mediante campos electromagnéticos , como una botella magnética en un vacío vacío casi perfecto. . La solución obvia de confinar un objeto cargado dentro de un contenedor con carga similar no es factible ya que el campo eléctrico en el interior es uniforme. Por esta razón, es necesario tener objetos cargados que se muevan con respecto al contenedor que puedan estar confinados a una región central por campos magnéticos; por ejemplo, en forma de toroide o trampa de Penning (ver más abajo).
Para lograr la compacidad dado el peso macroscópico, la carga eléctrica total del núcleo del arma de antimateria tendría que ser muy pequeña en comparación con el número de partículas. Por ejemplo, no es factible construir un arma usando positrones solo, debido a su repulsión mutua. El núcleo del arma de antimateria debería consistir principalmente en antipartículas neutrales. En los laboratorios se han producido cantidades extremadamente pequeñas de antihidrógeno , pero contenerlas (enfriándolas a temperaturas de varios milikelvins y atrapándolas en una trampa Penning ) es extremadamente difícil. E incluso si estos experimentos propuestos tuvieran éxito, solo atraparían varios átomos de antihidrógeno con fines de investigación, muy pocos para armas o propulsión de naves espaciales. También se ha creado Antimateria Helio-4. [10]
La dificultad de prevenir la detonación accidental de un arma de antimateria puede contrastarse con la de un arma nuclear. Mientras que las armas nucleares son 'a prueba de fallas ', las armas de antimateria son inherentemente 'a prueba de fallas ': en un arma de antimateria, cualquier falla de contención resultaría inmediatamente en la aniquilación, lo que dañaría o destruiría el sistema de contención y conduciría a la liberación de todas las armas. del material de antimateria, haciendo que el arma detone completamente a pleno rendimiento. Por el contrario, un arma nuclear moderna explotará con un rendimiento significativo si (y solo si) el disparador nuclear se dispara con absoluta precisión, lo que da como resultado una fuente de neutrones que se libera por completo rápidamente (
Costo
A partir de 2004[actualizar], el costo de producir una millonésima parte de un gramo de antimateria se estimó en 60 mil millones de dólares. [11] A modo de comparación, el costo del Proyecto Manhattan (para producir la primera bomba atómica) se estima en US $ 23 mil millones a precios de 2007. [12]
Armas catalizadas por antimateria
La propulsión de pulso nuclear catalizada por antimateria propone el uso de la antimateria como un "disparador" [13] para iniciar pequeñas explosiones nucleares; las explosiones proporcionan empuje a una nave espacial. Teóricamente, la misma tecnología podría usarse para fabricar armas muy pequeñas y posiblemente "libres de fisión" ( lluvia nuclear muy baja ) (ver arma de fusión pura ). [14] [15] Las armas catalizadas por antimateria podrían ser más discriminadas y resultar en una menor contaminación a largo plazo que las armas nucleares convencionales, por lo que su uso podría ser más aceptable políticamente .
En la cultura popular
Un arma de antimateria es parte de la trama del libro Angels and Demons de Dan Brown y su adaptación cinematográfica . [dieciséis]
Referencias
- ^ "Combustible de fusión" . cohetes atómicos . Consultado el 5 de marzo de 2020 .
- ^ "Combustible de antimateria" . cohetes atómicos . Consultado el 5 de marzo de 2020 .
- ^ "Producción de antimateria para aplicaciones de propulsión a corto plazo" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 2007-03-06.
El costo de producir grandes cantidades de antimateria (es decir, escala de gramos o superior) con las instalaciones actuales es excesivamente alto.
- ^ a b "Ángeles y demonios" . CERN . Archivado desde el original el 5 de enero de 2012.
- ^ Preguntas frecuentes sobre antimateria. Archivado el 21 de marzo de 2011 en la Wayback Machine.
- ^ Bland, E. (1 de diciembre de 2008). "La técnica del láser produce un montón de antimateria" . NBC News . Consultado el 16 de julio de 2009 .
Los científicos del LLNL crearon los positrones disparando el láser Titán de alta potencia del laboratorio sobre una pieza de oro de un milímetro de espesor.
- ^ "Los láseres crean miles de millones de partículas de antimateria" . Cosmos Online . Archivado desde el original el 22 de mayo de 2009.
- ^ "Miles de millones de partículas de antimateria creadas en laboratorio" . Laboratorio Nacional Lawrence Livermore . Archivado desde el original el 10 de marzo de 2016 . Consultado el 9 de marzo de 2016 .
- ^ "Administración de información energética de Estados Unidos (EIA)" . www.eia.gov . Archivado desde el original el 28 de enero de 2018 . Consultado el 4 de mayo de 2018 .
- ^ "Helios-antimateria-gemelo-creado" . Consultado el 16 de diciembre de 2020 .
- ^ "La Fuerza Aérea en busca de armas de antimateria / Programa se promocionó públicamente, luego vino la orden oficial de mordaza" . Crónica de San Francisco . Archivado desde el original el 29 de diciembre de 2014 . Consultado el 17 de enero de 2015 .
- ^ "Proyecto Manhattan" . Archivado desde el original el 28 de diciembre de 2014 . Consultado el 17 de enero de 2015 .
- ^ "Armas de antimateria" . cui.unige.ch . Archivado desde el original el 24 de abril de 2013 . Consultado el 4 de mayo de 2018 .
- ^ Ramsey, Syed (12 de mayo de 2016). Tools of War: Historia de las armas en los tiempos modernos . Vij Books India Pvt Ltd. ISBN 9789386019837. Archivado desde el original el 16 de agosto de 2017 . Consultado el 4 de mayo de 2018 , a través de Google Books.
- ^ "Detalles sobre bombas de fusión activadas por antimateria - NextBigFuture.com" . nextbigfuture.com . 22 de septiembre de 2015. Archivado desde el original el 22 de abril de 2017 . Consultado el 4 de mayo de 2018 .
- ^ Delphine. "Ángeles y demonios: la física detrás de la película (y el libro)" . Cableado . Consultado el 13 de marzo de 2021 .
enlaces externos
- Enfoque en "Ángeles y demonios" : un debate en el sitio web público del CERN sobre la viabilidad del uso de antimateria para obtener energía y armamento.
- "La Fuerza Aérea persigue armas de antimateria: el programa se promocionó públicamente, luego vino la orden oficial de mordaza"
- Página discutiendo la posibilidad de usar antimateria como desencadenante de una explosión termonuclear
- Documento sobre el número de antiprotones necesarios para encender un arma termonuclear