Antihmota

Antihmota
 
Úvod
Mnoho ľudí sa domnieva, že zvýšenie spotreby energie je predpokladom pre ekonomický a sociálny rozvoj. Tento predpoklad, spolu so znižujúcimi sa zásobami energetických zdrojov a všeobecne vysokými nákladmi na nové zdroje energie, vedie mnohých k záveru, že nemožno zvýšiť životný štandard obyvateľstva v jednotlivých, predovšetkým rozvojových krajinách. Naopak, prechodom k vysoko kvalitným nositeľom energie a využívaním nákladovo efektívnych úspor energie by bolo možné výhodnejšie zabezpečiť základné ľudské potreby, ako aj poskytnúť významné zlepšenie životného štandardu bez výrazného zvýšenia spotreby energie na obyvateľa nad súčasné priemerné hodnoty. Úspory energie v zmysle zvýšenej energetickej produktivity, teda väčšieho množstva užitočnej práce získanej z jednotky spotrebovanej energie, predstavujú výrazný potenciál zlepšenia energetických bilancií jednotlivých krajín, vrátane Slovenska. Cieľom úspor energie je okrem iného aj zníženie strát pri jej využívaní, bez znižovania životného štandardu a bez zbytočne zvýšených kapitálových, čí pracovných nákladov. Elektrickú energiu, podobne ako iné formy energie, možno ušetriť aj nižším štandardom služieb - napr. teplejším pivom, studenšou sprchou, slabším osvetlením. V tejto publikácii sa žiadnou zo spomenutých možností nezaoberáme. V prípade inteligentného uplatnenia technológií a ich správneho využívania možno dosiahnuť úspory energie bez ohrozenia kvality služieb. Naopak, mnohé nové elektrospotrebiče fungujú lepšie, než tie, ktoré nahradia: poskytujú viac svetla, kvalitnejšiu produkciu a vyššiu úroveň komfortu, pri nižšej spotrebe energie. Prakticky pre každú krajinu existujú mnohé výhody efektívnejšieho využívania energie. Dovoz energetických zdrojov je mimoriadne finančne náročný pre krajiny s obmedzeným množstvom konvertibilných finančných prostriedkov, úspory energie sú navyše často kapitálovo menej náročné ako výstavba a využívanie nových energetických zdrojov. Znižovanie spotreby energie vo výrobných procesoch znamená celkové zníženie cien produktov, teda zlepšenie ich predajnosti doma i v zahraničí. Množstvo štúdií taktiež dokazuje, že niektoré alternatívne zdroje energie vytvárajú viac pracovných príležitostí ako výstavba nových elektrární. Jednou alternatívou je práve antihmota.
 
História
Idea existencie antihmoty je úzko spojená s menom znamenitého britského teoretického fyzika Paula Adriena Maurice Diraca (Viď príloha, obrázok č.1). Ten r. 1928 odvodil pohybovú rovnicu pre elektróny, ktorá bola v súlade s dvoma základnými teoriami modernej fyziky – so špeciálnou teóriou relativity a s teóriou kvantovou. Jej riešenie bolo dvojakého druhu: jednak s kladnou energiou, alebo s energiou zápornou. Riešenie s kladnou energiou určovalo chovanie a vlastnosti záporne nabitých elektrónov, napr. ich pohyb v priestorečasu, ich spin a magmetický moment hybnosti. Riešenie so zápornou energiou však popisovalo chovanie častíc celkom nových, doteraz neznámych, tzv . antičastíc elektrónov. Tieto častice mali mať kladný elektrický náboj – teda opačný než elektróny, ale hmotnosť, spin a dobu života zhodnú s elektrónmi. Áno ako spomína sám Dirac, takáto interpretácia riešenia so zápornou energiou nebola celkom samozrejmá: Najprv som sa neodvážil posudzovať existenciu novej častice. Názorová klíma tej doby bola totiž oproti zavádzaniu nových častíc, teda celkom opačné než dnešná. Uverejnil som preto svoju prácu ako teóriu elektronóv a protónov, dúfam že coulombovská interakcia medzi protónmi a elektrónmi bude schopná akosi spôsobiť veľký rozdiel medzi ich hmotnosťami. Vtom som sa však celkom mýlil. Áno ako postrehli čoskoro matematici, taký rozdiel hmotnosti medzi časticami, ktoré sú popisom riešení s kladnou a zápornou energiou, nebol možný. Kategorické vyjadrenie tohto druhu prvý publikoval Weyl, ktorý zdôraznil, že nová častica musí mať rovnakú hmotnosť ako elektrón. Nová častica, plynúca z Diracovy teórie, bola objavená až štyri roky ďalej, čo bolo predpovedané. Roku 1932 americký fyzik Carl D. Anderson (Viď príloha, obrázok č.2) bez všetkých pochybností dokázal existenciu tejto antičastice elektrónu v kosmickom žiarení (Viď príloha, obrázok č.3). Pomenoval ju pozitrón podľa jeho pozitívneho elektrického náboja, analogicky ku menu elektrón. Diracova teória, ktorá bola ocenená Nobelovou cenou za fyziku r. 1932, veď nepredpovedal iba pozitrón. Podľa Diracovy teória každý typ častice s poločíselným spinom v prírode má svojho partnera, svoju antičasticu, ktorá má s východiskovou časticou zhodnú hmotnosť, spin a dobu života, ale opačné znamienka všetkých nábojov (elektrického, leptonového, baryonového, farevného atd.). Tým Dirac predpovedal nielenže existenciu celej plejády antičastíc, ale vlastne i existenciu druhého sveta – sveta antihmoty. Z najobecnejších princípov relativistickej kvantovej teórie poľa bola napokon odvodená exaktná symetria medzi týmito dvoma svetami, tzv. symetria CPT. Podľa nej nielenže častica s poločíselným spinom, ale aj so spinom celočíselným, teda každý typ častice, má v prírode svoju antičasticu. Objavy dalších antičastíc zo sveta antihmoty však nechaly na seba čakať. Bola k nim totiž potreba nových, výkonnejších urychlovačov. Tak až v roku 1955, keďže bol spustení protónový urýchľovač Bevatron v Berkley, teda 23 rokov po objavenie pozitrónu, bola objevená ďalšia antičastica. Bola to antičastica protónu a za rok nato antičastica neutrónu. Miesto toho, aby dostaly zvláštne ména, boly jednoducho nazvané antiprotón a antineutrón (grecke anti- znamená oproti). Antiprotón sa od svojho náprotivka – protonu – odlišuje znamienkom elektrického a baryonového náboja, ktoré sú u neho záporné, a elektricky neutrálny antineutrón a neutrón sa od seba líšia opačným smerom svojich magnetických polí vzhľadom ku smeru svojich spinov a rovnako opačným znamienkom baryonového náboja. Hlavný problém, s ním sa objavitelia týchto antičástíc museli vysporiadať, spočíval v umení „nájsť špendlík v kope sena" – oddeliť veľmi malý počet v zrážkach vzniknutých antičastíc od skoro miliónkrát väčšieho počtu vznikajúcích a rovnako nabitých iných častíc, tzv . mezónov. Za priekopnícky objav antiprotónov bola r. 1959 Emiliu Segré a Owenu Chamberlainovi udelená Nobelova cena za fyziku.

Zloženie antihmoty
Antihmota je hmota zložená z antičastíc, čo sú častice s rovnakými parametrami, ale prevráteným nábojom. Sú to pozitróny, antineutróny a antiprotóny (opak od elektrónu, neutrónu a protónu). Pri priblížení alebo dotyku s normálnou hmotou dochádza k anihilacií. Je to nejvätčší známy, a podľa Einsteinových teorií taktiež možný zdroj energie.
 
Anihilácia
Anihilácia – premena antihmoty na fotóny (energiu). Proces anihilácie hmoty a antihmoty se javí z hľadiska efektívnosti ako ideálny zdroj energie. "Výhrevnosť" anihilačného paliva je 100 až 1 000krát väčší než u jadrového paliva (štiepení, syntéza). Na druhé strane však nemá anihilácia elementárních častíc ako zdroj energie praktický význam, alebo pre vytvorenie podmienok, pri ktorých môže prebiehať, je zapotreby vynaložiť ďaleko viac energie, než sa uvoľní pri anihilacií. Obrovská energie je nutná pre umelé získanie antičastíc.
 
Antihmota a vesmír
Dosiaľ všetky naše pozorovania dokazujú, že vo vesmíre je viac hmoty než antihmoty. Slnečné žiarenie obsahuje častice a nie antičastice. Naša Galaxia je zložená z hmoty, pretože kozmické žiarenia z hviezd Galaxie obsahuje protóny a antiprotóny v pomere asi 104:1 a nepozorujeme anihiláciu hviezd. Pokiaľ by niekde vo vesmíre bola antihmota v galaxiách, museli by sme pozorovat žiarenia gama z anihilácie antihmoty s hmotou. Zostáva však problém "anihilačnej katastrofy", ktorá by zrejme spôsobila asymetriu medzi množstvom hmoty a antihmoty vo vesmíre. Pri veľmi vysokej teplote v prvej mikrosekunde existovalo obrovské množstvo párov kvarkov a antikvarkov. Kolb a Turner odhadujú, že pripadalo vždy 30 miliónov antikvarkov na 30 miliónov a jeden kvark. Ide teda o slabú asymetriu. Behom času hmota a antihmota vzájomne anihilovali a zostal malý prebytok hmoty nad antihmotou.
 
 
Výroba
Dnes je výskyt antihmoty veľmi riedky. Je to za prvé v kosmickom žiarení (0,01 pozitrónov a antiprotónov) a po druhé pri vysokoenergetických reakciách (výbuchy supernov). V malom množstve sa antihmota už vyrába na urychlovači častíc. Vie to napríklad FermiLab neďaleko Chicaga alebo spoločné pracovisko európskych zemí CERN vo Švajčiarsku. V urychlovači sa protónom pridelí rýchlosť blízká rychlosti svetla a vystrelí sa do wolframovej doštičky. Pri tejto srážke vznikne rad subatomových častíc a medzi nimi aj antiprotóny a poziprotóny. Tie sa musia okamžite elektromagneticky oddeliť a uskladniť vo zvláštnich zariadeniach, ktorým sa hovorí magnetická pasca. V nej je magnetické pole, ktoré chráni od stretnutia s obyčajnou hmotou, ktoré by bolo osudné – nie len im. Magnetické pasce slúžia aj k doprave antihmoty na miesto dalších experimentov. V roku 1995 bolo v CERNu vyrobených 9 atómov antivodíka (Viď príloha, obrázok č.5). Zaujímavým javom je atómgula – atóm kde je miesto elektrónu antiprotón. Zatiaľ sa to podarilo len u vodíka. V súčasnosti je problém s uskladnením, nákladnosti výroby a spracovaním energie antihmoty. Antičastica sa uskladňujú v magnetických pasciach, kde je možno uchovať až 100 dní. V budúcom roku má NASA dokončiť zariadenie pre polapenie a uskladnenie približne stovky antiprotonov. Tieto častice antihmoty budú prepravené do Marshallovho centra kosmických letov (Marshall Space Flight Center) a tam ich vedci nechajú zlúčiť s bežnými částicami, aby tak demonštrovali obrovskú silu ukrytú v antihmote. Podľa Einsteinových rovníc nemôže v našom vesmíre existovať väčší zdroj energie, než je anihilácia. Kým pri všetkých teraz používaných zpôsoboch získavania energie vždy ešte väčšina hmoty ostane, pri zlučovaní hmoty s antihmotou nezostane vôbec nič - všetko sa zmení v čistú silu. Tak dáva anihilácia desaťmiliardkrát viac energie než zlučovanie vodíka s kyslíkom, tisíckrát viac energie než štiepanie uránu v jadrových elektrárňach a tridsaťkrát viac energia než termojaderná fúzia, ktorá prebieha na Slnku alebo vo vodíkovej bombe. Celou prídavnú nádrž raketoplánu Space Shuttle s vodíkom, a kyslíkom by mohlo nahradiť puhých 71 miligramov (tisícina gramu) antihmoty. Kozmický pohon využívajúci antihmotu by využíval elektricky nabité častice vznikajúci pri anihilací - elektromagnetická tryska by ich usmerňovala do hviezdnehopriestoru.
 
Na svojráznom projekte pracuje skupina vedcov z Japonska a Spojených štátov. Ako sci- fi film sa môže zdať tento príbeh. Vypustiť héliový balón do najvyších vrstiev atmosféry s úlohou zberať tam antihmotu a hľadať dôkaz o existencii antisvetov. Nie je to sci- fi, iba tá najneobvyklejšia a najokrajovejšia veda. V stredu 11. augusta sa v deväť hodin ráno východoamerického času vzniesol do atmosféry najväčší balón, ktorý bola NASA schopná vypustiť. Zodpovedá  šesdesiatposchodovej budove a do jeho vnútra sa vojde viacej než milión kubických metrov hélia. Vzhľadom k nedostatku peňazí je treba hľadať nejlacnejšií možný prostriedok k ceste hore atmosférov. Tým je práve balón. Taký, ktorý použila NASA, bohate dostupný do vysoka, kde je kosmického žiarenie dostatok, a môže tak spolahlivo zbierať dôkazy. Skóre je teraz zatiaľ nejasné a skôr hovorí v prospech teorií. Antisvety sú zatiaľ neobjavené. Aj keď balón detektoval niekoľko stoviek antičastíc (z azda niekoľko stoviek miliónov iných - normálnich - častíc), predsa to vypovedá o neúspechu. Štarty balónu z projektu BESS (Baloon borne experiment with a Superconducting Solenoidal Magnet) sa uskutočňujú už od roku 1993 každoročne. Každý nový štart predznamenáva napredovanie v použitých technologiách. Hlavním prvkom celého projektu je supervodivý selenoidní magnet generujúci extrémne silné magnetické pole. S jeho pomocou je možno veľmi akurátne sledovať kozmické žiarenie a zaznamenávať jeho podobu a zloženie. Od roku 1993 do roku 1998 bolo uskutočnených päť letov, pri nich NEBOLO detektované jediné jadro antihélia, oproti 3 miliónom jadier "normálneho" helia.
 
Spôsoby výroby
Recept na syntézu antivodíka je priveľmi jednoduchý. Zoberieme jeden antiprotón, pridáme k nemu jeden pozitrón a spôsobom, aby začal obiehať navôkol antiprotón. Složitejšie je to s jeho realizáciou. Antiprotóny sa vyrábajú v CERN bombardováním kovového terčíka zväzkom protónov urýchlených na protónovom synchrotróne PS. Pri zrážkách protónov s jadrami terčíka vznikajú totiž aj páry protónov a antiprotónov, z nich sa antiprotóny pomerne zložito odfiltrujú, upravujú a napokon shromažďujú v antiprotónovom prstenci LEAR. Tam, v ultravysokom váku, ktoré je dobre izolované od okolitej hmoty, sa antiprotóny ďalej formujú vo vhodný zväzok majúcí azda 1,7.1010 antiprotónov, s ktorým sa môže najmenej 3 minúty experimentovať.
 
Takže prvý predpoklad k úspešnej príprave antivodíkového atómu – vytvorenie kvalitného, intenzivneho zdroja antiprotónov – bol v CERN splnení. Ktovie ako to to bolo v CERN s prípravou antivodíkových atómov?
Celkom sa uvadzajú dva možné spôsoby syntézy antivodíkových atómov: syntéza „ v kľude" a syntéza „ za letu". Dr. Oelert a jeho spolupracovníci použili druhý spôsob. Zväzku antiprotónov v LEAR nastavili do cesty plynový terčík z atómov xenónu, ktorým antiprotóny zväzku prechádzaly pri každom svojom obehu prstenca LEAR, tj. azda 3milionkrát za sekundu. Priveľmi zriedka nejaký antiprotón pri interakci s Coulombovým poľom blízkého atómu xenónu premenili časť svojej energie na vytvorenie elektrónov- pozitronového páru. Ešte skôr sa stalo, že antiprotón zachytil z takého okolného páru pozitrón a spolu s ním vytvoril viazaný stav – krížený, chytro sa pohybující antivodíkový atóm (účinný prierez takého vzniku antivodíkového atómu je azda 6.10–33 cm2). Antivodíkový atóm je elektricky neutrálny, takže vychylovacie magnety prstenca LEAR naňho nepôsobily. Pokračovali preto v priamočiarom pohybe a opustil antiprotonový prstenec LEAR. Napokon už ostalo iba sa presvedčiť, že v LEAR boly syntetizované skutočné atómy antivodíka. Tejto úlohy sa Oelert so svojími spolupracovníkmi zhostil priveľmo elegantne. Skoro rýchlostou svetla sa pohybujúcim antivodíkovým atómom nastavil do cesty dva detektory, ktoré ich jednoznačne identifikovaly. V prvom, kremíkovom detektoru bol každý prelietavajúcí antivodíkový atóm najprv zbavení svojho pozitronu a ten napokon bol zistení. Anihiloval totiž v detektoru s niektorým z prítomných elektrónov, čo detektor zistil zaznamenaním dvoch charakteristických, opačne letiacich fotónov, ktoré vznikajú pri elektrón-pozitronovej anihilacií. Samotné jadro antivodíka (antiprotón) prešlo detektorom a pokračovalo vo svojom lete. Najprv vletelo do magneta spektrometra, ktorý zakrívil jeho dráhu nepriamo úmerne jeho rýchlosti, a napokon pokračovalo i do vlastného detektoru, kde bolo nútené anihilovať. Postupnosť a tvar signálov z prvého a druhého detektoru sú pre antivodíkový atóm natoľko charakteristické, že možu slúžiť k jednoznačnému zisteniu jeho prítomnosti. V Oelertovom experimentnom štúdiu týchto signálov napokon vylúčilo z pôvodních jedenástich registrovaných možných prípadov antivodíkového atómu dva ako nepravé, zpôsobené inými procesmi. Nedávny experiment v CERN teda ukázal, že atómy antivodíka skutočne existují a že ich vieme pripraviť. Zostáva však ešte preveriť ich vlastnosti, zistiť, či antivodíkový atóm skutočne „ funguje" rovnako ako atóm vodíkový, či energetické spektrum pozitrónu v antivodíku je presne rovnaké ako energetické spektrum elektrónu vo vodíku, či sa atómy vodíka a antivodíka skutočne pritahujú a nie odpuzujú, zmierniť jeho magnetický moment atď . Pritom presnosť, na ktorú by sa tieto mierenia mali previesť, je nesmierne náročná – na triliontiny (10–18). Keby sa totiž antivodík iba takto nepatrne líšil vo svojích vlastnostiach od vodíka, ktorý tvorí 3/4 vesmíru, čiže keby neplatila prvvá zmienená symetria CPT medzi svetom hmoty a antihmoty celkom presne, malo by to dalekosiahlé dôsledky nielenže pre mikrosvet elementárních částic, ale aj pre naša chápanie zrodu a vývoja celého vesmíru. K tomu, aby sa tieto náročné mierania mohli previesť, musíme vedieť uchovať syntetizovanú antihmotu po dobu sekundy až týždňou v akých si „ nádobách" alebo „ pasciach" náležite odizolované superultravákum a magnetickými a elektrickými poľami od okolitej hmoty. Nápor novinárov v CERN vtedy nebol zpôsobení objavom antivodíka ale zo začiatku systematického výzkumu sveta antihmoty, ale skôr rôznymi fantastickými špekuláciami, s tímto objavom spojenými. Všetky vychádzajú z pravdivého jadra, že totiž anihilácia hmoty a antihmoty predstavuje najefektivnejší spôsob uvoľňovanie energie, azda tisíckrát väčší, než je tomu u jadrových procesov, a miliardkrát väčší, než je tomu u procesov chemických, ako např. pri spaľovaní. Tieto špekulácie sa zmieňujô např. o tom, že už 147 mg antiprotónu by mohlo ponúknuť nadostač energia k letu na Mars a dozadu. Nehovoeí však už príliš o tom, že i toto nepatrné množstvo antiprotonu, ktoré je zrovnatelné s kvapkou dažda, by sme na dnešních zariadeniach vyrábali milióny rokov. V budúcom roku má NASA dokončiť zariadenie pre polapenie a uskladnenie približne stovky antiprotónov. Tieto častice antihmoty budú prepravené do Marshallova centra kosmických letov (Marshall Space Flight Center) a tam vedci ich nechajú zlúčiť s bežnými časticami. Tak predvedú, aká obrovská sila sa v tomto nepatrnom množstve hmoty ukrýva.
 
Porovnávanie antihmoty s inými zdrojmi energie
Pozrime  sa z energetického hľadiska na známu reakciu spaľovanie, ktoré prebieha napr. v uholných elektrárňach:
C + O2 → CO2+ teplo.
Je zistené, že energia uvoľnená pri vzniku 1 molekuly CO2 z C a O2 je 4,1 eV.
V jednotkách u: 4,1/931,494.106 = 4,4.10 - 9 u. Aká  časť kľudovej energie C a O2 sa uvolnila?
Kľudová hmotnosť atómu uhlíku je 12 u, molekula kyslíku má kľudovú hmotnosť približne 2 krát 16 u = 32 u (kyslík má v jadre 16 nukleonov), spolu majú hodnotu 44 u. Uvoľnená časť kľudovej energie je 4,4.10 - 9u/44 u =10 - 10!. Horením sa teda uvoľní len čo 0,1 miliardtiny kľudovej energie interagujúcich atómov. Inak povedané je výťažok energie pri spaľovaní uhlia alebo iných fosilních paliv len čo 0,000 000 01 %. Podobný výpočet by sme mohli previesť i pre iné chemické reakcie, pri ktorých sa uvoľňuje energia. Napr. pri výbušnej reakci horenia vodíka 2H2 + O2 →2H2O by sme pri uvoľnený podiel kľudovej energie vodíka a kyslíka dostali hodnotu 1,5. 10-10, teda rádove rovnaký výsledok ako pri reakcii spaľovania.
Porovnejme si teraz "účinnosť" jednotlivých reakcií:
výťažok energie pri chemických reakcích ~ 10 - 10
výťažok energie pri jadrovom štiepení ~ 10- 3
výťažok energie pri jadrovej syntéze ~ 10- 2
Je zistené, že energia uvoľnená pri vzniku 1 molekuly CO2 z C a O2 je 4,1 eV.
Jadrové palivo je teda približne desať až stomilionkrát "výhrevnejšie" než chemické palivo. Príčinou takého rozdielu je skutočnosť, že nukleóny v jadre atómu sú oveľa silnejšie viazané jadrovými silami než atómy v molekule elektromagnetickými silami. Výzkumi ukázali, že existencia antičastíc nie je výsadou iba elektrónov, ale že každá častica má svoju antičasticu. Látku vytvorenú z antičástíc nazývame antihmotou. Stretli sa častica s antičásticou, navzájom zanikajú za uvoľnenia příslušného množstvo energie. Pri procese e+ + e-® 2 g sa celá kľudová hmotnosť pozitrónu a elektrónu zmení na 2 fotóny žiarenia gama. Využitie kľudovej energie je 100%! Proces anihilácie hmoty a antihmoty sa javí z hľadiska efektívnosti ako ideálny zdroj energie. ""výhrevnosť" anihilačného paliva je 100 až 1 000 krát väčší než u jadrového paliva (štiepanie, syntéza). Na druhej strane veď nemá anihilácia elementárních částic ako zdroj energie praktický význam, keďže pre vytvorenie podmienok, pri ktorých môže prebiehať, je zapotreby vynakladať ďaleko viacej energie, než sa uvolní pri anihilacií. Obrovská energia je nutná pre umelé získanie antičastíc.
 
Využitie
Palivom mnohých kozmických lodí sci-fi príbehov je antihmota a to z dobrého dôvodu - je to najvýkonnejšie známe palivo. Na ľudskú výpravu na Mars by sme potrebovali buď tony chemického paliva alebo iba desiatky miligramov antihmoty. Obrázok predstavuje Referenčnú kozmickú loď pre výpravu na Mars (Viď príloha, obrázok č.6).  Loď poháňaná pozitrónovým reaktorom by vyzerala podobne. Hoci táto energia má v skutočnosti svoju cenu. Niektoré reakcie antihmoty produkujú vysokoenergetické gamma žiarenie. Gamma žiarenie preniká hmotou a rozkladá molekuly v bunkách, takže ich prítomnosť je zdraviu škodlivá. Gamma žiarenie môže spôsobiť, že materiál motorov sa stane rádioaktívnym tým, že sa budú štiepiť jeho atómy. NIAC (NASA Institute for Advanced Concepts) platí tím výskumníkov pracujúci na dizajne novej kozmickej lode poháňanej antihmotou, ktorý by sa vyhol zlým vedlajším účinkom produkciou gamma žiarenia s oveľa menšou energiou.

Predchádzajúce dizajny antihmotou poháňaných kozmických lodí počítali s využitím antiprotónov, ktoré pri anihilácii produkujú vysokoenergetické gamma žiarenie (Viď príloha, obrázok č.7). Nový dizajn bude využívať pozitróny, ktoré vyrábajú gamma žiarenie ktoré je 400 krát slabšie. Predbežný výzkum NIAC má stanoviť, či je tento nápad zrealizovateľný. Pokiaľ by to vyzeralo sľubne a na úspešný vývoj technológie by boli prístupné prostriedky, tak takáto kozmická loď poháňaná pozitrónovým reaktorom by mala niekoľko výhod oproti jestvujúcim plánom na ľudskú výpravu na Mars nazývanú „The Mars Reference Mission“.

 „Najväčšou výhodou je viac bezpečia,“ povedal Dr. Gerald Smith z Positronics Research, LLC, v Santa Fe, Nové Mexico. Súčasná „Mars Reference Mission“ vyžaduje nukleárny reaktor na plavbu vesmírom. Toto je pochopiteľné, lebo nukleárny pohon skráti let na Mars, čím sa zväčší bezpečnosť posádky tým že sa zredukuje expozícia kozmickému žiareniu. Chemicky poháňaná loď je ťažšia a oveľa drahšia. Reaktor poskytuje výdatný zdroj energie na trojročnú výpravu. Ale nukleárne reaktory sú zložité, takže viac vecí by sa potenciálne mohlo pokaziť počas výpravy. „Hoci, pozitrónový reaktor ponúka tie samé výhody ale pri tom je relatívne jednoduchý,“ povedal Smith, vedúci výzkumník výzkumu NIAC  (Viď príloha, obrázok č.7). Taktiež, nukleárne reaktory ostávajú rádioaktívnymi aj po ich použití. Podľa plánov by mal byť po prílete lode k Marsu nukleárny reaktor vypustený na orbitu okolo Marsu tak aby sa najbližších milión rokov nedostal k Zemi. Po toľkých rokoch by bol už rádioaktívne neutrálny. Ale v pozitrónovom reaktore zvyšková radiácia nezostáva ani po vyhorení paliva, takže by mohol neškodne vstúpiť do zemskej atmosféry. Bezpečnejší bude takisto štart lode zo Zeme. Keby loď s nukleárnym reaktorom vybuchla v atmosfére tak by to v nej zanechalo rádioaktívne častice. „Naša loď by uvolnila záblesk gamma žiarenia, ktorý by trval len chvílu. Záblesk by bol obmedzený na veľmi malý priestor. Nebezpečná zóna by bola jeden kilometer okolo lode. Nebezpečná zóna konvenčnej chemickej rakety je taká istá kvôli ohnivej guli, ktorá by bola výsledkom jej explózie,“ povedal Smith. Ďalšou významnou výhodou je rýchlosť. Nukleárne motory by dopravili loď na Mars za 180 dní. „Naše pokročilé dizajny by mohli dopraviť astronautou na Mars za 90 a snáď aj za 45 dní,“ povedal Kirby Meyer, inžinier pri Positronic Research. Veľkou výzvou v stavbe pozitrónovej kozmickej lode je cena výroby pozitrónov. Z dôvodu ich ohromných účinkov na normálnu hmotu sa v tieto v našom okolí nenachádzajú. Vo vesmíre vznikajú kolíziami kozmického žiarenia. Na Zemi musí byť vytvorená v urýchlovačoch častíc. Tieto sa využívajú na výzkum mikroštruktúr. Urýchlovače by sme však mohli zapriahnuť a použiť ich ako továrne na antičastice.

„Hrubým odhadom: vyrobiť 10 miligramov pozitrónov potrebných na ľudskú výpravu na Mars by stálo okolo 250 miliónov USD za použitia technológie, ktorá je v súčasnosti vo vývoji.“ povedal Smith. Cena sa môže zdať byť vysoká ale musíme si uvedomiť koľko by stálo vypustiť ťažšiu chemickú raketu (22.000 USD / 1 kg) alebo cenu paliva a spraviť nukleárny reaktor. „Podľa skúseností z nukleárnou technológiou, je rozumné predpokladať, že ceny produkcie pozitrónov pôjdu dole z väčším výzkumom,“ dodal Smith. Ďalšou výzvou je skladovanie dostatočného množstva pozitrónov v malom priestore. Nakoľko anihilujú hmotu nieje možné ich jednoducho napchať do flaše. Pozitróny treba skladovať v elektrických a magnetických poliach. „My si veríme, že horlivým výzkumom a vývojovým programom možu byť tieto náročné úlohy prekonané.“ povedal Smith. Ak sa toto splní tak by sa mohli dopraviť prví ľudia na Mars v kozmickej lodi poháňanou takým istým zdrojom ako lode vo vedecko-fantastických príbehoch.
 
Zdroj kosmickej sily
Podľa Einsteinových rovníc nemôže v našom vesmíre existovať väčší zdroj energie, než je anihilácia. Kým pri všetkých teraz používaných spôsoboch získavania energie vždy ešte väčšina hmoty zostane, pri zlučovaní hmoty s antihmotou nezostane vôbec nič - všetko sa zmení v čistú silu. Tak dáva anihilácia desetimiliardkrát viac energie než zlučovanie vodika s kyslíkom, tisíckrát viac energie než štiepenie uránu v jadrových elektrárňach a trídsaťkrát viac energie než termojadrová fúzia, ktorá prebiehá na Slnku alebo vo vodíkovej bombe. Celú prídavnú nádrž raketoplánu Space Shuttle s vodíkom, a kyslíkom by mohlo nahradiť len 71 miligramov (tisícina gramu) antihmoty. Kosmismický pohon využívajúcí antihmotu by využíval elektricky nabité častice vznikajúce pri anihilácii - elektromagnetická tryska by ich usmerňovala do hviezdneho priestoru. Antihmota je vlastne elektrickým opakom bežnej hmoty. Napríklad antiprotón majú všetky parametry rovnaké ako protón, len opačný (teda záporný) elektrický náboj. Rovnako tak pozitrón je vlastne elektrón s kladným nábojom.V našej časti vesmíru sa  antihmota vyskytuje iba veľmi vzácne. Vedci čas od času zaznamenajú dramatickú spŕšku častíc, ktoré sú pozostatkom zrážky jedného antiprotónu alebo poziprotónu so zemskou atmosférou. Je to pre nás štastie, pretože keby tu bolo antihmoty viac, boly by kosmické katastrofy na dennom poriadku.
 
Budúcnosť  antihmoty
V malom množstve sa antihmota už vyrába na urychlovačí častíc. Vie to napríklad FermiLab neďaleko Chicaga alebo spoločné pracovisko európskych zemí CERN vo Švajčiarsku. V urychlovači sa protónom pridelí rýchlosť blízká rychlosti svetla a vystrelí sa do wolframovej doštičky. Pri takejto zrážke vznikne rad subatómových častíc a medzi nimi aj antiprotóny a poziprotóny. Tie sa musia okamžite elektromagneticky oddeliť a uskladniť vo zvláštních zariadeniach, ktorým sa hovorí magnetická pasca. V nej ju magnetické pole chrání od stretnutia s obyčajnou hmoutou, ktora by bolo osudná - nielen im. Magnetické pasce slúžia aj k doprave antihmoty na miesto ďalších experimentov. V súčasnosti disponuje NASA najväčšou magnetickou pascou na svete: vie v nej uschovať 106 antiprotónov. Ide o tak malé množstvo, že by sa s energiou z ich anihilácie nepodarilo doletieť ani na obežnú dráhu navôkol Zeme. Každý začiatok je vždy ťažký. Po získaní skúseností začne NASA vývoj druhej generácia magnetických pascí so stokrát väčšou kapacitou. Do praktického vyžitia antihmoty bude nutné vyriešiť ešte mnoho dalších problémov. Jedním z nich je napríklad zdroj dostatočného množstva lacnej energia pre urýchlovače. Továrne na antihmotu by napríklad mohly byť umiestnené vo vesmíre a energiu by mohly získavať zo slnečného žiarenie. Dalším problémom z hľadiska kosmického pohonu je skutočnosť, že pri anihilácií vzniká mnoho neutrálnich častíc, ktoré sa nedajú usmerňovať v magnetickej tryske hviezdneho letu. Značná časť energie by padla na ich ďalšie úpravy. Ale aj tak je anihilácia veľkou nádejou pre medzihviezdne cesty. Nejrýchlejšie ľuďmi vyrobené teleso, ním je sonda Voyager 1 letiacia rýchlosťou takmer 70 000km/h, by teraz k najbližšej hviezde putovala 74 000 rokov.
 
Záver
Posledných dvadsať rokov ľudstvo trápi otázka alternatívnych zdrojov energie. Dnes sme chceli priblížiť jednu z najnovších aj keď nereálnu alternatívu pre zdroj energie, antihmotu. Antihmotu ľudstvo, resp. vedci, poznajú už dlho, no práve posledné roky sa jej začala venovať väčšia pozornosť . Väčšina ľudí a aj mi sme sa prvýkrát stretli s pojmom antihmota po prečitaní knihy Don Browna, ten využil antihmotu ako možnú zbraň hromadného ničenia. Preto sme si vybrali túto tému, aby sme sa dozvedeli, čo to vlastne antihmota je a či je naozaj tak ničivá. Dnes už vieme, že antihmota naozaj môže byť nebezpečná, ale aj prospešná. Antihmota predstavuje 100% účitnnosť pri odovzdávaní energie, lenže problém je v tom, že na vyrobenie antihmoty je potrebné väčšie množstvo energie ako z nej využijeme, čiže z toho nám vyplýva, že ak financujeme výrobu antihmoty, tak to pre energiu nebude. Nám ostáva dúfať, že sa nedostane do nesprávnych rúk.
Sme radi, že sme si vybrali túto tému. Zaujalo nás a dúfame, že sme
vám priblížili o antihmote čo najviac.