Illustration d'un lecteur d'antimatière potentiel. Crédit d'image: Positronics Research LLC. Cliquez pour agrandir.
Nous avons tous joué le jeu en tant qu'enfants - «saute-mouton» impliquait un enfant accroupi à quatre pattes tandis qu'un deuxième plaçait ses mains sur les premières épaules. Adossé à l'attraction de la gravité, l'enfant debout se penche profondément sur les jambes puis se lève vers le haut et par-dessus le premier. Le résultat? Le deuxième enfant s'accroupit maintenant et un autre saut de grenouille suit à son tour. Ce n'est pas le moyen le plus efficace d'accéder à la balançoire - mais beaucoup de plaisir en bonne compagnie!
Leapfrogging n'est cependant pas la même chose que le «bootstrapping». Pendant le bootstrapping, un seul joueur plie et attrape les boucles en cuir à l'extérieur des deux bottes. Le joueur fait alors un énorme effort vers le haut avec les bras. Leapfrogging fonctionne - le bootstrap ne fonctionne pas, il ne peut tout simplement pas être fait sans saut - une tout autre chose.
L'Institut de la NASA pour les concepts avancés (NIAC) croit au saute-mouton - non pas sur le terrain de jeu mais dans l'aérospatiale. D'après le site Web de l'institut: «Le NIAC encourage les proposants à envisager des décennies dans l'avenir en poursuivant des concepts qui« dépasseront »l'évolution des systèmes aérospatiaux actuels.» Le NIAC recherche quelques bonnes idées et est prêt à les soutenir avec des subventions de démarrage de six mois pour tester la faisabilité avant que des fonds de recherche et développement sérieux - disponibles auprès de la NASA et ailleurs - soient alloués. Espérons que ces graines puissent germer et que les investissements futurs les feront mûrir.
Le NIAC veut cependant séparer le saut par-dessus du bootstrap. L'un fonctionne et l'autre n'a aucun sens. Selon le NIAC, la poussée des positrons pourrait conduire à un bond de géant dans notre façon de voyager à travers le système solaire et au-delà. Il n'y a probablement pas d'amorçage à ce sujet.
Considérez le jumeau miroir de positrons des jumeaux humains, comme une chose très rare. Contrairement aux jumeaux humains, un positron a peu de chances de survivre au processus de naissance. Pourquoi? Parce que les positrons et leurs frères et sœurs - les électrons - se trouvent irrésistibles et s'annihilent rapidement dans une rafale de rayons gamma doux. Mais cet éclatement, dans des circonstances contrôlées, peut être converti en n'importe quelle forme de «travail» que vous pourriez vouloir faire.
Besoin de lumière? Mélanger un positron et un électron puis irradier un gaz en incandescence. Besoin d'électricité? Mélangez une autre paire et irradiez une bande de métal. Besoin de poussée? Tirez ces rayons gamma dans un propulseur, chauffez-le à des températures incroyablement élevées et poussez le propulseur à l'arrière de la fusée. Ou, tirez ces rayons gamma dans des plaques de tungstène dans un courant d'air, chauffez cet air et jetez-le à l'arrière d'un avion.
Imaginez avoir une réserve de positrons - que pourriez-vous en faire? Selon Gerald A. Smith, chercheur principal pour Positronics Research, LLC de Sante Fe, au Nouveau-Mexique, vous pouvez aller à peu près n'importe où, «la densité énergétique de l'antimatière est supérieure de dix ordres de grandeur au produit chimique et de trois ordres de grandeur supérieure à la fission nucléaire ou l'énergie de fusion. "
Et qu'est-ce que cela signifie en termes de propulsion? "Moins de poids, loin, loin, beaucoup moins de poids."
À l'aide de systèmes de propulsion à base chimique, 55% du poids associé à la sonde Huygens-Cassini envoyée pour explorer Saturne ont été trouvés dans les réservoirs de carburant et d'oxydant de la sonde. Pendant ce temps, pour lancer les sondes 5650 kg de poids au-delà de la Terre, il fallait un lanceur pesant environ 180 fois celui de Cassini-Huygens entièrement alimenté lui-même (1032350 kg).
En utilisant uniquement les chiffres du Dr Smith - et en tenant compte uniquement de la poussée de manœuvre requise pour Cassini-Huygens utilisant l'annihilation positron-électron, les 3100 kg de propulseur chimique pesant sur la sonde originale de 1997 pourraient être réduits à seulement 310 microgrammes d'électrons et de positrons - moins de matière que celle trouvée dans une seule goutte atomisée de brume matinale. Et avec cette réduction de masse, le poids total de lancement de Canaveral à Saturne pourrait facilement être réduit d'un facteur deux.
Mais l'annihilation positron-électron, c'est comme avoir beaucoup d'air mais absolument pas d'essence? votre voiture n'obtiendra pas loin sur l'oxygène seul. Les électrons sont partout, tandis que les positrons ne sont pas naturellement disponibles sur Terre. En fait, là où ils se produisent - près des horizons d'événements du trou noir ou pendant de courtes périodes après que des particules de haute énergie pénètrent dans l'atmosphère terrestre - ils trouvent rapidement l'un de ces électrons omniprésents et deviennent photoniques. Pour cette raison, vous devez créer le vôtre.
Entrez dans l'accélérateur de particules
Des entreprises telles que Positronics Research, dirigée par le Dr Smith, travaillent sur des technologies inhérentes à l'utilisation d'accélérateurs de particules - comme le Stanford Linear Accelerator (SLAC) situé à Menlo Park, en Californie. Les accélérateurs de particules créent des positons en utilisant des techniques de production de paires électron-positron. Cela se fait en brisant un faisceau d'électrons accéléré de manière relativiste dans une cible de tungstène dense. Le faisceau d'électrons est ensuite converti en photons de haute énergie qui se déplacent à travers le tungstène et se transforment en ensembles d'électrons et de positrons assortis. Le problème avant que le Dr Smith et d'autres créent des positons est plus facile que de piéger, stocker, transporter et utiliser efficacement.
Pendant ce temps, pendant la production par paire, tout ce que vous avez vraiment fait est de stocker une grande quantité d'énergie liée à la terre dans de très petites quantités de carburant hautement volatil - mais extrêmement léger. Ce processus lui-même est extrêmement inefficace et présente des défis techniques majeurs liés à l'accumulation de suffisamment d'antiparticules pour alimenter un vaisseau spatial capable de voyager dans le Grand Au-delà à des vitesses rendant possible une grande sonde spatiale - et un voyage spatial humain -. Comment tout cela risque-t-il de se jouer?
Selon le Dr Smith, «pendant de nombreuses années, les physiciens ont extirpé les positrons des cibles en tungstène en entrant en collision les positrons avec la matière, les ralentissant par milliers pour les utiliser dans des microscopes à haute résolution. Ce processus est horriblement inefficace; seul un millionième des positrons survit. Pour les voyages dans l'espace, nous devons augmenter l'efficacité du ralentissement d'au moins mille fois. Après quatre ans de dur labeur avec des pièges électromagnétiques dans nos laboratoires, nous nous préparons à capturer et à refroidir cinq billions de positons par seconde au cours des prochaines années. Nos objectifs à long terme sont de cinq milliards de positons par seconde. À ce rythme, nous pourrions faire le plein pour notre premier vol alimenté par des positons dans l'espace en quelques heures. »
S'il est vrai qu'un moteur à annihilation de positrons nécessite également un propulseur (généralement sous la forme d'hydrogène gazeux comprimé), la quantité de propulseur elle-même est réduite à près de 10% de celle requise par une fusée conventionnelle - car aucun oxydant n'est nécessaire pour réagir avec le carburant. Pendant ce temps, les futurs vaisseaux pourraient en fait être capables de ramasser le propulseur du vent solaire et du milieu interstellaire. Cela devrait également conduire à une réduction significative du poids au lancement de ces engins spatiaux.
Écrit par Jeff Barbour
