Motori ad antimateria
Sistema propulsivo

I primi 9 atomi di antimateria furono prodotti ai laboratori europei del CERN nel 1995. Due anni dopo l'esperienza fu ripetuta ai laboratori americani del Fermilab di Chicago. Oggi i fisici europei hanno iniziato a sperimentare le macchine che in breve tempo produrranno relativamente grandi quantità di antimateria.

Non abbastanza per alimentare i motori dell'Enterprise, l'astronave di Star Trek, ma abbastanza per accendere la fantasia dei giovani che un giorno salperanno per le stelle con le future navi spaziali.

L'antimateria possiede un'enorme densità di energia e l'annichilazione materia-antimateria, cioè la conversione completa di materia in energia, libera la più grande quantità di energia per unità di massa di cui si abbia conoscenza in un processo fisico sperimentato.

Non bisogna però fare l'errore di ritenere che il contatto di particelle di materia con particelle di antimateria si traduca in una pura e semplice produzione di energia. In realtà, questo è vero per gli elettroni e i positroni (antielettroni), che al contatto si trasformano in potentissimi raggi gamma, nient'altro che particelle immateriali di energia pura. Nel caso di particelle quali gli atomi e gli antiatomi di idrogeno, invece, le cose vanno un po' diversamente, in quanto viene prodotto anche un flusso di particelle secondarie che finiscono per decadere in raggi gamma di bassa energia e in neutrini.

Questa produzione di flussi di particelle molto veloci nell'annichilazione materia-antimateria è proprio il processo che il direttore dei laboratori di ricerca sulla propulsione spaziale del Centro Marshall della NASA, George Schmidt, intende sfruttare per far viaggiare le navi spaziali interplanetarie e interstellari.

A meno che la nave spaziale non abbia schermi di spessore inaudito, infatti, i raggi gamma scapperebbero immediatamente in tutte le direzioni e non potrebbero essere sfruttati per la propulsione. Le particelle elettricamente cariche che derivano dall'annichilazione idrogeno-antiidrogeno, invece, potrebbero essere in grado di azionare il motore a razzo di una nave spaziale. Ciò che serve è solo intercettare alcune delle particelle cariche che vengono prodotte nell'annichilazione e usarle per produrre una spinta.

Il principio del motore ad antimateria della NASA è sostanzialmente quello di un razzo che funziona sulla base dell'azione e reazione di Newton. La reazione che spinge la nave è però qualcosa di veramente possente. Facciamo un piccolo confronto: il motore principale dello Space Shuttle produce un impulso specifico (la misura dell'efficienza di un razzo) di 455 secondi; un motore a fissione nucleare può raggiungere i 10.000 secondi; un motore a fusione potrebbe fornire un impulso specifico compreso tra 60.000 e 100.000 secondi. Ebbene, un motore a razzi alimentato dall'annichilazione di materia e antimateria potrebbe produrre un impulso specifico anche di un milione di secondi.

Prima di tutto bisogna però procurarsi il propellente. Una volta prodotti, gli antiprotoni vengono introdotti in una bottiglia magnetica, una trappola di Penning, dove vi restano confinati pronti per l'uso. Ma come è possibile sapere che nella bottiglia-trappola vi sono particelle di antimateria? In fondo l'antimateria è inodore e incolore. La risposta è semplice, perché le particelle di antimateria emettono caratteristiche onde radio le cui frequenze ne rappresentano la firma inimitabile, firma che Gerald Smith, dell'Università di Stato della Pennsylvania è riuscito a identificare inequivocabilmente. Smith ha anche dimostrato che la trappola di Penning potrebbe trattenere antimateria per più di 5 giorni. Una volta perfezionata, questa bottiglia peserà circa 100 kg, la maggior parte dei quali costituiti da idrogeno ed elio liquidi in grado di trattenere circa mille miliardi di antiprotoni quasi fermi in una zona di un millimetro di diametro.

Il fine ultimo dei lavori di Smith è quello di raggiungere una raccolta di un microgrammo di antiprotoni intrappolati, quanto ne basta per alimentare un motore a propulsione ad antimateria. Un trilione di antiprotoni non basta però per un lungo viaggio verso le stelle: si potrà fare molto di più quando sarà possibile intrappolare, anziché antiprotoni, interi atomi di antiidrogeno, cioè atomi formati da antiprotoni e antielettroni, cioè positroni. Ed è proprio quello che stanno facendo a Ginevra i fisici europei.

Il problema è che l'antimateria è il prodotto più caro che attualmente esista sulla Terra: un grammo di antimateria sotto forma di antiprotoni prodotta al Fermilab viene a costare 62,5 migliaia di miliardi di dollari (ottobre 2000). Harold Gerrish del Centro Marshall della NASA valuta però che perfezionamenti delle attrezzature potrebbero abbassarne il prezzo di produzione a circa 5 miliardi di dollari (2000) al grammo.

L'introduzione di un nuovo iniettore appositamente studiato nel grande acceleratore del Fermilab di Chicago potrebbe poi aumentare di 10 volte la produzione di antimateria portandola dagli attuali 1,5 nanogrammi a 15 nanogrammi all'anno. Ma quanto potrà essere aumentata questa quantità e quanto potrà essere abbassato il prezzo quando comincerà a funzionare la fabbrica di antiatomi del CERN di Ginevra?


Fonte: www.deagostini.it
(a cura di Massimo Pirastu)