Antimadde Nedir? Bilim İnsanları Uzayda Seyahat Etmek İçin Antimaddeyi Kullanmayı Düşünüyor

Evrenimizin varlığı bilinen fizik yasalarına göre biraz tuhaf. Sorun şu ki, galaksilerden eşeklere kadar gördüğümüz her şeyi oluşturan maddenin antimadde adında bir ikizi var. Aynı kütleye ancak zıt elektrik yüküne sahiptir ve madde ile antimadde etkileşime girdiğinde yok olurlar, saf enerjiye dönüşürler. Bildiğimiz kadarıyla tamamen aynılar ama Büyük Patlama'nın hemen ardından maddeyi biraz daha tercih eden bir şey oldu. 

Böylece evren madde açısından zenginleşti ve nükleer reaksiyonlarda ve yüksek enerji etkileşimlerinde üretilen antimaddenin yalnızca küçük bir kısmı kaldı. Evrenin antimaddeden değil maddeden oluştuğu gerçeği fizikte çözülmemiş büyük bir sorundur ve dünya çapında araştırılmaktadır. 

Antimadde Nedir?

Temel, hatta nükleer parçacıklar günlük yaşamda deneyimlediğimiz bir şey değil, hissedilemeyecek kadar küçükler ama biz onlara kavram olarak aşinayız. Örneğin elektronu ele alalım. Elektrik akımı taşıyan devrelerden geçen ve atomlarda çekirdeğin etrafında hareket eden parçacıktır. Uygun bir şekilde -1 olduğu varsayılan bir elektrik yüküne sahiptir. 

Fizikçi Paul Dirac'ın 1929'da üzerinde çalıştığı kuantum teorisi, elektronun biri pozitif, diğeri negatif yüklü olmak üzere iki versiyonunun varlığını öne sürüyordu. Dirac'ı pozitif yüklü elektronun gerçek bir parçacık olduğuna ikna edenler Robert Oppenheimer ve Hermann Weyl'di . 1932'de Carl David Anderson tarafından bulundu (gerçi diğer birçok fizikçi bu etkileşimleri daha önce gözlemlemişti) ve pozitron adını verdi.

Yüklü her temel parçacığın kendi antiparçacığı vardır. Elektrik yükü olmayan nötr olanlar bile, yalnızca bazı kuantum özellikleri nedeniyle farklılık gösteren bir antimadde versiyonuna sahip olabilir. Yani protonları oluşturan her kuarkın yanında, antiprotonları oluşturan antikuarklar da vardır. Bir antiprotonu bir pozitronla bir araya getirirseniz antihidrojen elde edersiniz. 

Antimadde Ne Kadar Yaygındır?

Büyük Patlama'dan birkaç dakika sonra antimadde nadir görülen bir canavar haline geldi. Bu onun doğada hiç var olmadığı anlamına gelmez. Evrenden gelen yüklü parçacıkların akışı olan kozmik ışınlar, pozitronlara ve antiprotonlara (ve belki daha da karmaşık antipartiküllere) sahiptir, ancak bunlar, toplam parçacık akışının yüzde 1'inden çok daha az  küçük bir kesirdir.

Pozitronlar ve antinötrinolar belirli radyoaktif bozunumlarda üretilir. Bazı yıldırım çarpmaları sırasında da pozitronlar salınır ve Van Allen kuşağı olan Dünya'yı çevreleyen radyasyon bantlarında antiprotonlar keşfedildi. 

Maddenin bulunabilirliğiyle karşılaştırıldığında okyanusta bir damladır. Normal maddeyle herhangi bir etkileşim, antimaddeyi yok ederek önemli miktarda enerji açığa çıkarır; bu, uzayda yüksek hızda seyahat etmenin ilgi çekici bir yolu olarak görülen bir şeydir.

Antimaddenin Uzay Yolculuğunda Kullanılması

NASA'nın antimaddeyle çalışan bir araç önerisi 1999 yılına dayanıyor. Buradaki fikir, protonların antiprotonlarla çarpışmasını sağlamaktı. Çarpışma, son derece enerjik ışık olan gama ışınlarının yanı sıra başka parçacıklar da üretecektir. Buradaki fikir, bu yeni parçacıkları dışarı doğru yönlendirerek itme kuvveti yaratmak olacaktır. Ve birçoğu. Böyle bir motorun, uzay mekiğinden 200 kat daha yüksek bir spesifik itici güce (verimlilik ölçüsü) sahip olacağını tahmin ediyorlar. Belki 2000 kattan fazla. 

Star Trek'teki gibi uzay-zamanı büken bir bilim kurgu motoru olmayacaktı, hâlâ her eylemin eşit ve zıt bir tepkiye sahip olduğu konseptini kullanıyor. Ancak bu durumda eylem büyüktür. Güneş Sistemindeki seyahat süresini önemli ölçüde kısaltmaya yetecek kadar. 

Madem bu motorun böyle bir vaadi var, neden biz yapmıyoruz? Çalışan bir prototip oluşturmadan önce çözülmesi gereken pek çok sorun var.

Antimaddenin Maliyeti

Antimaddenin maddeyle temas ettiğinde yok olduğu göz önüne alındığında, onu kontrol altına almak zordur. CERN, 2011'de antihidrojeni yaklaşık 17 dakika hapseden rekoru elinde tutuyor. Bu, onun özelliklerini incelemek için yapılan bir muhafazaydı, bundan daha süslü bir şey değildi. Ve hapsedilen miktar çok küçük, sadece 309 atom. 

Antimaddeyi üretmek zordur, bu da onu şimdiye kadar yaratılmış en pahalı madde yapar. NASA'nın antimadde motorunda gramın milyarda birinin maliyetinin yaklaşık 62.500 dolar olduğu tahmin ediliyor. CERN 2008'de gramın milyarda birinin fiili üretiminin birkaç  yüz milyon dolara eşdeğer olduğunu tahmin etmişti. 

Elbette antimadde üreten özel tesisler olsaydı maliyet düşerdi ama şimdilik bu, son derece uzmanlaşmış ve karmaşık deneylerin görevi.