دانشمندان در حال بررسی امکان استفاده از پیش‌رانش ضد ماده هستند، فناوری‌ای که ممکن است راه رسیدن به سفرهای میان‌ستاره‌ای را هموار کند. در حالی‌که موشک‌های معمولی نیروی رانش بالایی ایجاد می‌کنند، اما راندمان کمی دارند. از سوی دیگر، پیش‌رانش‌های الکتریکی و بادبان‌های خورشیدی، کارایی بسیار بالایی دارند اما نیروی رانش کمی تولید می‌کنند. به همین دلیل، دانشمندان به راه‌حلی نظری روی آورده‌اند که از انرژی عظیم ضد ماده استفاده می‌کند.
مطالعه‌ای جدید که توسط محققان دانشگاه امارات متحده عربی انجام شده است، بیان می‌کند:
پیش‌رانش ضد ماده یک فناوری انقلابی است که پتانسیل تغییر اکتشافات فضایی را دارد و سفر به مکان‌های دوردستی را که زمانی غیرممکن تصور می‌شد، ممکن می‌سازد.
طبق این مطالعه:
سفینه‌های فضایی می‌توانند با استفاده از این پتانسیل انرژی عظیم، منظومه شمسی را طی کرده و تنها در بازه‌ای از چند روز تا چند هفته (در طول یک عمر انسانی) به ستارگان نزدیک برسند.
انواع خاص واکنش‌های نابودی
ضد ماده از ذراتی به نام پادذرات تشکیل شده است. این پادذرات، جرمی مشابه ذرات عادی دارند اما دارای بار و اسپین کوانتومی مخالف هستند. زمانی‌که یک پادذره با ذره متناظر خود برخورد کند، هر دو یکدیگر را نابود کرده و جرم ترکیبی‌شان به انرژی تبدیل می‌شود. این فرآیند پرانرژی‌ترین واکنش شناخته‌شده در فیزیک است.
با این حال، طیف گسترده‌ای از واکنش‌های احتمالی ماده-ضدماده چالشی مهم ایجاد می‌کند. اکنون، مطالعه‌ای جدید دو نوع خاص از واکنش‌های نابودی را که به‌طور ویژه برای مأموریت‌های فضایی مناسب هستند، پیشنهاد داده است.
- تعامل آنتی‌پروتون‌ها با نوکلئون‌ها
این واکنش شامل برخورد آنتی‌پروتون‌ها با نوکلئون‌ها (پروتون‌ها و نوترون‌ها) است. آنتی‌پروتون‌ها پادذرات پروتون هستند و زمانی که با پروتون یا نوترون برخورد می‌کنند، هر دو نابود می‌شوند. این واکنش به دلیل پایداری و انرژی بالای آزاد شده، ویژگی‌های مناسبی دارد. - تعامل پوزیترون‌ها با الکترون‌ها
این واکنش شامل نابودی پوزیترون‌ها (پادذرات الکترون) با الکترون‌ها است. مشابه واکنش آنتی‌پروتون-نوکلئون، این واکنش نیز پایدار است و مقدار زیادی انرژی تولید می‌کند.
انتخاب این واکنش‌های خاص اهمیت زیادی دارد، زیرا بسیاری از ذرات ضد ماده به طور طبیعی ناپایدار هستند. برای مأموریت‌های فضایی بلندمدت، ضد ماده انتخاب‌شده باید قابلیت ذخیره‌سازی ایمن در مدت زمان طولانی را داشته باشد. آنتی‌پروتون‌ها و پوزیترون‌ها پایداری لازم را برای این کاربرد دارند.
چگالی انرژی بالا و کارایی پیشرانه ضد ماده
هیجان پیرامون پیشرانه ضد ماده به دلیل چگالی انرژی آن است. هنگامی که ماده و ضد ماده با یکدیگر برخورد می‌کنند، یکدیگر را نابود کرده و کل جرم خود را به انرژی تبدیل می‌کنند. این فرآیند چگالی انرژی معادل 90 میلیون میلیارد ژول بر کیلوگرم آزاد می‌کند.
محققان در این مطالعه توضیح دادند:
برای درک این مقدار، این انرژی، در حالتی که از هر دو ماده، یک کیلوگرم داشته باشیم، حدود ده میلیارد برابر بیشتر از سوختن هیدروژن و اکسیژن است که انرژی موتورهای اصلی شاتل‌های فضایی را تأمین می‌کند و ۳۰۰ برابر بیشتر از واکنش‌های همجوشی در هسته خورشید است.
آنها افزودند:
علاوه بر این، تکانه ویژه پیشرانه ضد ماده می‌تواند تا ۲۰ میلیون متر بر ثانیه برسد که بالاترین میزان ممکن است و به جای یک رؤیا، سفرهای میان‌ستاره‌ای را به یک هدف واقعی تبدیل می‌کند.
مزیت دیگر پیشرانه ضد ماده، کارایی بالای آن است. حدود ۷۰ درصد انرژی آزاد شده در فرآیند نابودی می‌تواند برای پیشرانه استفاده شود.
چالش‌های تولید سوخت ضد ماده
تولید و ذخیره‌سازی ضد ماده دشوار و پرهزینه است. روش‌های فعلی مقادیر بسیار کمتری از میزان مورد نیاز برای به حرکت درآوردن فضاپیما تولید می‌کنند.
در حال حاضر، یکی از امیدوارکننده‌ترین گزینه‌ها برای سوخت ضد ماده، ضد هیدروژن است.
محققان توضیح دادند:
ضد هیدروژن ساده‌ترین اتم خالص ضد ماده است. پایداری، قابلیت ذخیره‌سازی بلندمدت و سادگی تولید آن، این امکان را می‌دهد که ظرفیت تولید و ذخیره‌سازی آن افزایش یابد.
با این حال، تولید ضد هیدروژن هنوز در مراحل اولیه توسعه است.
مطالعه نتیجه‌گیری کرد:
اگرچه دانشمندان توانستند مقادیر بسیار کمی از ضد هیدروژن تولید کنند، اما هنوز چالشی بزرگ است که این مقدار را به اندازه کافی برای پیشرانه فضاپیما افزایش دهند.
منبع: Interestingengineering
