Gemessen an den Produktionskosten ist Antimaterie die teuerste Substanz der Welt. Die Kosten für die Herstellung dieses Materials wurden auf etwa 1,771 Billionen US-Dollar (USD) pro Unze (62.5 Billionen USD pro Gramm) geschätzt, obwohl einige Behörden glauben, dass sie letztendlich auf nur 141.75 Milliarden USD pro Unze (5 Milliarden USD pro Gramm). Dies sind die Kosten für Antiwasserstoff, die einfachste Form dieser Art von Substanz, und das Antimaterie-Äquivalent des Elements Wasserstoff. Andere Antielemente wären noch teurer. Ab 2013 wurden nur eine geringe Anzahl von Antiwasserstoffatomen hergestellt – nur zu Forschungszwecken – und die Substanz ist nicht erhältlich.
Warum Antimaterie so teuer ist
Antimaterie besteht aus Teilchen, die als das Gegenteil ihrer normalen Materie-Gegenstücke angesehen werden können. Die Materie, mit der die Menschen vertraut sind, besteht aus Atomen, die aus einem Kern bestehen, der schwere, positiv geladene Teilchen enthält, die Protonen genannt werden, umgeben von einer „Wolke“ aus leichten, negativ geladenen Elektronen. Atome der Antimaterie haben negativ geladene Antiprotonen im Kern, die von positiv geladenen Antielektronen – normalerweise Positronen genannt – umgeben sind. Obwohl Antiprotonen in der kosmischen Strahlung nachgewiesen wurden und Positronen von einigen radioaktiven Elementen emittiert werden, gibt es keine bekannte natürliche Quelle für Antiatome, daher muss Antimaterie hergestellt werden.
Positronen lassen sich ganz einfach aus Materialien gewinnen, die sie emittieren, aber die viel schwereren Antiprotonen müssen in Teilchenbeschleunigern erzeugt werden – Maschinen, die subatomare Teilchen mit enormen Geschwindigkeiten gegeneinander und gegen andere Materialien krachen lassen. Diese Kollisionen bündeln enorme Energiemengen auf kleinstem Raum, wodurch Materie in Form von Teilchen und Antiteilchen, einschließlich Antiprotonen, entsteht. Diese können magnetisch getrennt und mit Positronen kombiniert werden, um Atome aus Antiwasserstoff herzustellen.
Da diese Antiatome nur in wenigen Anlagen und nur in winzigen Mengen hergestellt werden können, ist Antiwasserstoff extrem knapp. Es ist nicht nur schwierig und teuer herzustellen, sondern auch schwer einzufangen und zu lagern. Antiatome werden von normalen Atomen stark angezogen, da Elektronen und Positronen entgegengesetzte elektrische Ladungen haben, und wenn sie sich treffen, vernichten sie sich gegenseitig, wobei ihre gesamte Masse in Energie umgewandelt wird. Bei der Lagerung handelt es sich um Vakuumbehälter, die die Antiatome mithilfe von Magnetfeldern daran hindern, die Seiten zu berühren. Diese Faktoren machen Antimaterie zur teuersten Substanz der Welt.
Verwendungen für Antimaterie
Wissenschaftler würden sich nicht die Mühe machen, diese Substanz herzustellen, wenn sie nicht einige potenzielle Verwendungszwecke hätte. Antimaterie hat die größte Energiedichte aller möglichen Brennstoffe, was bedeutet, dass sie das Potenzial hat, mehr Energie pro Gewichtseinheit freizusetzen als jede andere Substanz. Da zur Herstellung von Antimaterie noch mehr Energie benötigt wird, als daraus gewonnen werden kann, ist dies keine Lösung für die Energieprobleme des Planeten; Es wurde jedoch als möglicher zukünftiger Raketentreibstoff vorgeschlagen, da es theoretisch eine Nutzlast auf einen erheblichen Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit beschleunigen könnte. Im Moment liegt sein Hauptinteresse für Wissenschaftler jedoch darin, was es über die Gesetze der Physik verraten kann.
Andere teure Stoffe
Noch im Bereich der exotischen Physik würden Kernisomere, obwohl sie weit hinter der teuersten Substanz der Welt zurückbleiben, einen extrem hohen Preis tragen – möglicherweise über 28 Milliarden US-Dollar pro Unze (1 Milliarde US-Dollar pro Gramm). Dies sind Elemente, bei denen der Atomkern mehr als seine minimale Energiemenge hat – das Minimum wird als „Grundzustand“ bezeichnet. In den meisten Fällen wird ein Kern in diesem „erregten“ Zustand innerhalb eines winzigen Bruchteils einer Sekunde in seinen Grundzustand zurückkehren und Energie in Form von Gammastrahlen freisetzen, aber einige Kernisomere, wie Hafnium-178m2 und Tantal-180m, sind relativ stabil und langlebig. Unter normalen Umständen geben diese Isomere langsam Energie ab, da sich ihre Kerne über einen langen Zeitraum zufällig umkehren.
Experimente in den 1990er Jahren schienen zu zeigen, dass eine Probe von Hafnium-178m2 durch Beschuss mit Röntgenstrahlen dazu gebracht werden konnte, auf einmal in ihren Grundzustand zurückzukehren und große Mengen an Energie freizusetzen. Dies eröffnete die Möglichkeit, das Isomer zur Energiespeicherung oder zur Entwicklung neuer Waffentypen zu verwenden. Versuche, den Effekt zu reproduzieren, sind jedoch bisher gescheitert, und viele Wissenschaftler stehen diesen Möglichkeiten sehr skeptisch gegenüber. Wie Antimaterie müssen diese Stoffe in teuren Partikelbeschleunigern hergestellt werden und sind nur in winzigen Mengen verfügbar.