[News] Etudier l'antimatière au laboratoire
Modérateur : Modérateurs
-
Michel
- Messages : 19968
- Inscription : 14/07/2004 - 14:48:20
- Activité : Ingénieur
- Localisation : Cote d'Azur
[News] Etudier l'antimatière au laboratoire
Que se produit-il quand deux atomes, l’un possédant un électron et l’autre sa contrepartie dans l’antimatière, appelé le positron, entrent en collision ? Les physiciens de l’Université de Californie de Riverside ont pu observer pour la première fois en laboratoire que les atomes d’antimatière, appelés atomes de positronium instables par nature, deviennent encore plus instables après la collision. Ils se détruisent les uns les autres, se transformant en rayonnement électroma...
Il existe un moyen de stabiliser le positronium, un brevet a été déposé il y a quelques mois.
L'atome de positronium a normalement une durée de vie de l'ordre de 100 ns, temps moyen au bout duquel les constituants s'annihilent.
La durée de vie peut être fortement augmentée, même jusqu'à plusieurs mois si le positronium peut être conservé dans un état excité : dans cet état, l'électron et le positron sont plus éloignés, les fonctions d'onde ne se recouvrent plus et la probabilité d'annihilation décroit très vite. Il faut par contre empêcher l'atome de retomber à son état fondamental par émission d'un photon. Pour celà, les atomes de positronium sont inclus dans un cristal possédant une bande d'énergie interdite pour la propagation des ondes électromagnétiques : si la longueur d'onde du photon de désexcitation du positronium se trouve dans cette bande, l'atome ne peut pas se désexciter parce que le photon correspondant ne peut pas se propager dans le cristal.
Celà permet déjà d'obtenir des densités de stockage bien plus importantes que les trappes de Pennings utilisées pour les positrons.
On peut encore augmenter cette densité en stockant le positronium sous la forme d'un condensat de Bose-Einstein, qui peut même sous certaines conditions, exister à température ambiante (alors que les condensats BE d'antihydrogène nécessite T < 1K). La densité ainsi atteinte est de l'ordre 10^11 J/cm3.
La principale application envisagée est la propulsion spatiale, même depuis la surface terrestre. L'US Air Force a par exemple étudié un avion orbital mu par un moteur thermique à antimatière qui utiliserait environ 100 mg de positronium pour placer une charge de 10t en orbite, et des travaux portent sur la réduction des coûts de fabrication du positronium.
A+
L'atome de positronium a normalement une durée de vie de l'ordre de 100 ns, temps moyen au bout duquel les constituants s'annihilent.
La durée de vie peut être fortement augmentée, même jusqu'à plusieurs mois si le positronium peut être conservé dans un état excité : dans cet état, l'électron et le positron sont plus éloignés, les fonctions d'onde ne se recouvrent plus et la probabilité d'annihilation décroit très vite. Il faut par contre empêcher l'atome de retomber à son état fondamental par émission d'un photon. Pour celà, les atomes de positronium sont inclus dans un cristal possédant une bande d'énergie interdite pour la propagation des ondes électromagnétiques : si la longueur d'onde du photon de désexcitation du positronium se trouve dans cette bande, l'atome ne peut pas se désexciter parce que le photon correspondant ne peut pas se propager dans le cristal.
Celà permet déjà d'obtenir des densités de stockage bien plus importantes que les trappes de Pennings utilisées pour les positrons.
On peut encore augmenter cette densité en stockant le positronium sous la forme d'un condensat de Bose-Einstein, qui peut même sous certaines conditions, exister à température ambiante (alors que les condensats BE d'antihydrogène nécessite T < 1K). La densité ainsi atteinte est de l'ordre 10^11 J/cm3.
La principale application envisagée est la propulsion spatiale, même depuis la surface terrestre. L'US Air Force a par exemple étudié un avion orbital mu par un moteur thermique à antimatière qui utiliserait environ 100 mg de positronium pour placer une charge de 10t en orbite, et des travaux portent sur la réduction des coûts de fabrication du positronium.
A+
-
Darkifo
lambda0 a écrit :
La principale application envisagée est la propulsion spatiale, même depuis la surface terrestre. L'US Air Force a par exemple étudié un avion orbital mu par un moteur thermique à antimatière qui utiliserait environ 100 mg de positronium pour placer une charge de 10t en orbite, et des travaux portent sur la réduction des coûts de fabrication du positronium.
A+
Wooooow ! Impressionnant !
C'est très loin d'être rentable pour l'instant, et c'est bien un des principaux obstacles à l'utilisation de l'anti-matière. Mais une fois résolu le problème de la stabilité du positronium, la fabrication se présente de façon bien plus favorable que pour l'antihydrogène.
C'est pour celà qu'il s'agit d'un sujet de recherche actif, et il peut très bien se produire une percée dans les 10 ans qui viennent.
Il est peu probable qu'on arrive à fabriquer des milligrammes d'antihydrogène à cette échéance, mais c'est tout à fait crédible pour le positronium. Pour l'instant, on utilise une désintégration beta, mais il y a d'autres mécanismes possibles.
A+
C'est pour celà qu'il s'agit d'un sujet de recherche actif, et il peut très bien se produire une percée dans les 10 ans qui viennent.
Il est peu probable qu'on arrive à fabriquer des milligrammes d'antihydrogène à cette échéance, mais c'est tout à fait crédible pour le positronium. Pour l'instant, on utilise une désintégration beta, mais il y a d'autres mécanismes possibles.
A+
-
StarDreamer
C'est un peu comme pour les nanotechnologies qui étaient produites à minime avec la pointe d'un microscope à effet tunnel, et qui sont maintenant industrialisables pour certains (en particulier les fullerenes qui sont une forme de nanotech).
Dès le moment où le stockage sera possible sans faire péter tout un campus, il faudra juste lacher quelques ingénieurs ingénieurs (...) pour vite réaliser une production à coup "réduit".
Et puis, envisager 100 mg de (anti)matière pour jeter 10T de charge utile en orbite, moi ça me fait rêver !
Dès le moment où le stockage sera possible sans faire péter tout un campus, il faudra juste lacher quelques ingénieurs ingénieurs (...) pour vite réaliser une production à coup "réduit".
Et puis, envisager 100 mg de (anti)matière pour jeter 10T de charge utile en orbite, moi ça me fait rêver !
Le moteur lui-même n'est pas plus beaucoup plus complexe qu'un moteur d'Ariane par exemple.
Les caractéristiques sont les suivantes (j'ai l'article sous les yeux mais il n'est plus accessible sur Internet).
Référence : "A revolutionary Positron-Based SSRV Vehicle for Application to Human Exploration and Development of Space", K.Meyer, Synergistic Technologies, Inc, présenté au Advanced Space Propulsion Workshop, Huntsville, April, 2001
Il s'agit d'un moteur à anti-matière thermique : l'annihilation du positronium produit des photons gammas qui sont absorbés et servent à chauffer un fluide (de l'hydrogène) qui est éjecté à grande vitesse. Les performances sont à peu près équivalentes à celles d'un moteur nucléaire thermique, à la différence près qu'on fait l'économie de la masse du réacteur nucléaire, et surtout qu'il n'y a pas de radioactivité secondaire.
L'étude concernait un SSTO : c'est à dire un engin à un seul étage, qui est réutilisable, décolle comme un avion, se place en orbite, et redescend comme un avion.
Le positronium est la source d'énergie, mais il faut quand même emporter le fluide à éjecter. L'engin fait environ 260t au départ, fluide propulsif inclus, ce qui est équivalent à un avion de ligne.
Masse sèche : 60500 kg
Marge : 11400 kg
Charge utile : 11340 kg
Propulsif (LH2) : 176000 kg
Total : 259240 kg
La consommation de positronium est de 87 mg.
Il n'est pas certain qu'un engin équivalent (un seul étage) soit réalisable en propulsion chimique, et s'il l'est, il serait 2 ou 3 fois plus massif.
Il y a d'autres façons très différentes d'utiliser l'antimatière, bien plus efficaces, mais plutôt adaptées aux vols interplanétaires.
Le moteur à anti-matière thermique a l'avantage d'être assez simple, et concevable avec des technologies disponibles.
A partir du moment où on dispose de positronium en quantités suffisantes.
A+
Les caractéristiques sont les suivantes (j'ai l'article sous les yeux mais il n'est plus accessible sur Internet).
Référence : "A revolutionary Positron-Based SSRV Vehicle for Application to Human Exploration and Development of Space", K.Meyer, Synergistic Technologies, Inc, présenté au Advanced Space Propulsion Workshop, Huntsville, April, 2001
Il s'agit d'un moteur à anti-matière thermique : l'annihilation du positronium produit des photons gammas qui sont absorbés et servent à chauffer un fluide (de l'hydrogène) qui est éjecté à grande vitesse. Les performances sont à peu près équivalentes à celles d'un moteur nucléaire thermique, à la différence près qu'on fait l'économie de la masse du réacteur nucléaire, et surtout qu'il n'y a pas de radioactivité secondaire.
L'étude concernait un SSTO : c'est à dire un engin à un seul étage, qui est réutilisable, décolle comme un avion, se place en orbite, et redescend comme un avion.
Le positronium est la source d'énergie, mais il faut quand même emporter le fluide à éjecter. L'engin fait environ 260t au départ, fluide propulsif inclus, ce qui est équivalent à un avion de ligne.
Masse sèche : 60500 kg
Marge : 11400 kg
Charge utile : 11340 kg
Propulsif (LH2) : 176000 kg
Total : 259240 kg
La consommation de positronium est de 87 mg.
Il n'est pas certain qu'un engin équivalent (un seul étage) soit réalisable en propulsion chimique, et s'il l'est, il serait 2 ou 3 fois plus massif.
Il y a d'autres façons très différentes d'utiliser l'antimatière, bien plus efficaces, mais plutôt adaptées aux vols interplanétaires.
Le moteur à anti-matière thermique a l'avantage d'être assez simple, et concevable avec des technologies disponibles.
A partir du moment où on dispose de positronium en quantités suffisantes.
A+
L'antihydrogène est cependant très interressant en ce qui concerne l'action de la gravité sur l'antimatière. Il n'est pas question d'en produire des mg bien evidement, mais des gens étudient la possibilité de les produire en grand nombre : les implications technologiques sont en effet moins accessibles que pour le positronium, mais pour la physique fondamentale, cela apporterait beaucouplambda0 a écrit :Il est peu probable qu'on arrive à fabriquer des milligrammes d'antihydrogène à cette échéance, mais c'est tout à fait crédible pour le positronium.
-
IFZen
Autre application, moins glorieuse
Et les applications militaires alors ? La bombe à anti-matière, si tenté que l'on puisse stocker puis relâcher efficacement de l'anti-matière sur de la matière...