La nave que usa antimateria para viajar casi tan rápido como la luz es posible

El antiguo filósofo griego Sócrates, que vivió entre el 469 y el 399 a.C., es citado en los Diálogos Platón diciendo: “porque si alguien llegara a la cima del aire o tuviera alas y volara, podría levantar la cabeza por encima de ella y ver, como los peces levantan la cabeza fuera del agua y ven las cosas de nuestro mundo, así vería cosas en ese mundo superior; y, si su naturaleza fuera lo suficientemente fuerte para soportar la vista, reconocería que ese es el verdadero cielo”.

De hecho, el espacio interestelar podría parecer un paraíso, dada toda la agitación política a la que nos enfrentamos en la Tierra. La pregunta práctica es ¿cómo llegar al espacio interestelar durante nuestra corta vida? El sistema estelar más cercano, Alpha Centaury, está a entre 4,25 y 4,35 años luz de distancia. Para alcanzarlo en el transcurso de una vida humana se requiere una nave espacial más rápida que una décima parte de la velocidad de la luz. Los cohetes están limitados por su velocidad de escape y requieren una masa de combustible que crece exponencialmente en velocidad terminal más allá de eso. La velocidad de escape más rápida es la velocidad de la luz. ¿Existe algún combustible que pueda proporcionar eso? Sí que existe.

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La antimateria se aniquila con la materia convirtiéndose en pura radiación. El proceso es la manifestación última del hallazgo de Albert Einstein de que la energía (E) es igual a la masa (M) multiplicada por la velocidad de la luz (c) al cuadrado. Todos los demás combustibles convierten masa en energía con una eficiencia mucho menor. El combustible nuclear que alimenta las estrellas es, en el mejor de los casos, cien veces menos eficiente, sin tener en cuenta la masa del reactor nuclear. El combustible químico, que impulsa los cohetes y la vida, es miles de millones de veces menos eficiente porque depende de enlaces moleculares.

La antimateria fue descubierta en un estudio de 1928 por Paul Dirac, donde se dio cuenta de que la versión relativista de la Ecuación de onda de Schrödinger para electrones permite antielectrones con carga eléctrica opuesta. Estos electrones positivos fueron descubiertos por Carl Anderson en 1932 y los denominaron positrones. De manera similar, se esperaba que los protones cargados positivamente tuvieran antiprotones cargados negativamente, que producen átomos de antihidrógeno cuando se combinan con positrones.

Afortunadamente, todos estamos hechos de materia y por eso no dudamos en dar la mano en las citas a ciegas. Pero poco después del Big-Bang, el Universo tenía cantidades casi iguales de materia y antimateria. Cuando la temperatura cósmica superaba los diez mil millones de grados, los positrones se producían por colisiones de fotones con más energía que la masa en reposo del electrón. Con el tiempo, toda la antimateria se fue consumiendo por aniquilación con la materia, dejando un pequeño excedente residual de materia. La pequeña asimetría entre materia y antimateria ascendía apenas a dos partes entre mil millones. El proceso cósmico que generó este pequeño exceso de materia sobre antimateria, comúnmente denominado bariogénesis, es desconocido, pero sin él no existiríamos. Un Universo simétrico habría estado lleno de radiación, pero no de suficientes protones y electrones para fusionar hidrógeno en el interior de las estrellas y producir carbono y oxígeno para permitir la química de la vida.

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Por supuesto, si la materia y la antimateria se separaran en islas distintas sin superposición, como especula el Premio Nobel Hannes Alfvén, podrían haber sobrevivido hasta el día de hoy, pero la existencia de tales islas queda descartada por el fondo de rayos gamma. Si hubiera existido una isla de antimateria a nuestro alcance, su reserva de combustible habría servido como fuente de enorme riqueza, porque ofrecería un suministro de energía por unidad de masa dos mil millones de veces mayor que el petróleo crudo de la Tierra.

Si, lo lees correctamente. Un barril de antimateria habría valido dos mil millones de veces más que un barril de petróleo en su producción energética, equivalente a doscientos mil millones de dólares en el mercado energético actual. Todo el patrimonio neto de Elon Musk equivale a la producción de energía de un barril de antimateria.

Por ahora, tenemos que afrontar la dura realidad de que ninguna antimateria sobrevivió al Universo primitivo. La única forma de adquirir antimateria en nuestro arsenal de combustibles es producirla en nuestros laboratorios. Hace medio año visité la fábrica de antimateria del CERN, que hasta ahora producía menos de 10 nanogramos de antimateria, suficiente para encender una bombilla de 100 vatios durante 2,5 horas. Nuestro actual proceso de producción de antimateria es altamente ineficiente. El CERN requiere mil millones de veces más energía para producir antimateria que la energía almacenada en la masa de antimateria. La producción de un gramo de antimateria costaría más de mil billones de dólares.

Es una lástima porque la conservación del impulso implica que una nave espacial que lleve el 20% de su masa en combustible de antimateria podría alcanzar un tercio de la velocidad de la luz y llegar a Alfa Centauri en 13 años. La aceleración promedio podría ser de un orden de magnitud inferior a 1 g.

Por ahora, no podemos cumplir el sueño de Sócrates de navegar al espacio interestelar durante nuestra vida utilizando combustible de antimateria.

Teniendo en cuenta esta sobria comprensión, permítanme terminar con dos anécdotas sobre la antimateria. Primero, nuestro cuerpo emite orden. 100–200 positrones por hora como resultado de la desintegración radiactiva del isótopo potasio-40, que existe en nuestros alimentos y agua. En segundo lugar, el año pasado se demostró que los átomos de antihidrógeno producidos en el CERN tenían La misma respuesta a la gravedad de la Tierra que los átomos de hidrógeno. Se descartó la repulsiva antigravedad. Es probable que la equivalencia con la materia se extienda también a otros regímenes. Por ejemplo, los antisemitas hechos de antimateria probablemente tengan la misma respuesta hacia los semitas que los hechos de materia. La principal diferencia es que si tocan a los semitas hechos de materia, también se aniquilarán a sí mismos.

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Avi Loeb es jefe del proyecto Galileo, director fundador de la Iniciativa Black Hole de la Universidad de Harvard, director del Instituto para la Teoría y la Computación del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian y autor del bestseller Extraterrestrial: The first sign of intelligent life beyond earth.