Utilizzare laser ed antimateria per viaggiare tra le stelle

Il concetto di varies  userà potenti laser per eccitare un fenomeno quantistico, che genera combustibile di antimateria dal vuoto dello spazio.

The VARIES Starship. Immagine di Adrian Mann

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Mentre i viaggi interstellari sono stati esplorati dai ricercatori, un tipo di missione non ha ricevuto molta attenzione, vale a dire l’appuntamento interstellare e la missione di recupero che potrebbe essere realizzata su scale temporali comparabili con la carriera di uno scienziato che lavora.

Tale missione comporterebbe una fase iniziale di spinta seguita da una fase di inerzia del sistema stellare di destinazione. All’inizio ci sarebbe la decelerazione e la fase di appuntamento, che sarà seguita da un periodo di raccolta di dati scientifica.

Infine, ci sarebbe una seconda fase di spinta, finalizzata a riportare la sonda al sistema solare, e costeggiando la successiva fase di decelerazione e al ritorno al nostro sistema solare.

Tale missione rappresenterebbe un precursore di un futuro equipaggio della missione interstellare, che in linea di principio ci può tranquillamente riportare gli astronauti sulla Terra.

La ricerca di un mezzo per viaggi interstellari è stato proposto come una priorità per gli studi scientifici planetari tra lune e asteroidi di grandi dimensioni, per studi di astrobiologia di eventuali pianeti abitabili su una stella di destinazione.

Anche se è interessante, le sfide principali associate a qualsiasi missione interstellare si riferiscono alle distanze. Voyager 1, lanciata nel 1977, è l’oggetto creato dall’uomo più lontano dalla Terra, e viaggia a oltre 10 chilometri al secondo (36.000 mph). Anche viaggiando a questa velocità incredibile, ci vorrebbero poco più di 70.000 anni per raggiungere la stella più vicina al nostro sistema solare.

 

Di recente, la NASA ha iniziato a sviluppare Solar Probe Plus. Attraverso una serie di sette assist gravitazionali con il pianeta Venere, la sonda raggiungerà la straordinaria velocità di 125 miglia al secondo. Si tratta di una velocità ben sette volte più veloce di Voyager 1, che potrebbe  fare un viaggio ipotetico su un’altra stella (se questo fosse il suo obiettivo) in 6.450 anni.

Anche se questo sarebbe ancora un risultato incredibile, nessuna tecnologia di propulsione attualmente in essere ha la capacità di volare verso un altro sistema solare su scale temporali paragonabili a una vita umana.

Questa sfida diventa più evidente se si considera uno dei più semplici equazioni che regolano il volo spaziale,l’equazione di Tsiolkovsky . Utilizzando questa equazione troviamo che per ottenere le velocità necessarie per una missione interstellare, la velocità di scarico di un ordine di grandezza della velocità della luce sono necessari, rapporti di massa di grandi dimensioni e grandi portate di massa.

Poiché l’antimateria offre la densità di energia più alta possibile al momento di annientare la sua controparte  di materia, è ideale per le missioni interstellari. Inoltre, la reazione avviene spontaneamente e quindi non richiede complessi sistemi di reattori o driver ingombranti per iniziare la reazione.

Una possibilità per il rifornimento che presentiamo in questa proposta è un effetto quantistico noto come produzione di coppie Schwinger.

Laser ad alta intensità per produrre coppie di antiparticelle da particelle dal vuoto. Immagine gentilmente concessa da Adrian Mann.

In tutti gli esperimenti  sodati  fino ad oggi, l’universo è accuratamente descritto come un insieme di campi quantistici. Ogni modalità del vuoto si comporta come un oscillatore sinusoidale, e una proprietà meccanica quantistica di questi oscillatori è che il loro stato fondamentale presenta fluttuazioni come conseguenza del principio di indeterminazione .

Il vuoto non è quindi privo di materia o energia fisica classica, come vorrebbero farci credere, ma è invece un ambito ricco di attività quantistica. Non molto tempo dopo la scoperta di Dirac che una descrizione relativistica di elettroni necessaria l’esistenza di positroni è stato realizzato dal fisico vincitore del Premio Nobel Julian Schwinger che un forte campo elettrico è in grado di creare coppie  di elettrone-positrone dal vuoto dello spazio stesso.

Per una maggiore intensità del laser di un certo valore critico, la produzione di accoppiamento viene generata tramite un ‘break-up’ della polarizzazione del vuoto. Mentre l’intensità del campo elettrico necessario per realizzare questo è immensa, per non dire altro, con i recenti progressi sperimentali  speriamo che il laser possa presto raggiungere l’intensità di campo su ordine di questa intensità di campo molto critica.

Per il  concetto di  Varies , una nave stellare avrebbe accelerato al sistema di destinazione solare e decelerare con il suo approvvigionamento di carburante a bordo. Al sistema di destinazione, la nave stellare assumerà un’orbita stabile vicino alla stella del  sistema stellare di destinazione. Enormi pannelli solari, centinaia di chilometri quadrati di superficie sarebbero a sventolare, e catturare l’energia dalla stella. Questa luce sarà convertita in energia laser che sarebbe  utilizzata per creare antimateria dal vuoto dello spazio mediante il meccanismo di produzione coppia Schwinger.

 

Una volta che una quantità sufficiente di antimateria viene creata e raccolta, il Vareis  sarebbe poi adeguatamente alimentato per iniziare il suo viaggio di ritorno, presumibilmente verso la Terra, dove rallenta la velocità, permettendo a futuri esploratori interstellare un modo possibile per tornare sulla Terra.

Una componente fondamentale e unica per l’architettura  del  Vareis  è la nostra proposta che  la creazione di coppie di protone-antiprotone  possono essere generati dal vuoto, dato un campo elettrico sufficientemente potente.La creazione spontanea di particelle dal vuoto da un campo elettrico esterno è stata applicata a numerosi problemi di fisica delle particelle, tra cui l’evaporazione del buco nero quantistico ed elettrone-positrone in  formazione in prossimità di buchi neri carichi.

Di Richard Obousy presidente e co-fondatore di Icarus Interstellar Inc.

Fonte: http://www.icarusinterstellar.org/vacuum-to-antimatter-rocket-interstellar-explorer-system-varies-an-interstellar-rendezvous-and-return-architecture/

 

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