Tuotantokustannusten kannalta maailman kallein aine on antiaine. Tämän materiaalin luomisen kustannuksiksi on arvioitu noin 1,771 biljoonaa Yhdysvaltain dollaria (USD) unssilta (62.5 biljoonaa dollaria grammalta), vaikka joidenkin viranomaisten mielestä se saattaa lopulta laskea vain 141.75 miljardiin dollariin unssilta (5 miljardia dollaria gramma). Tämä on antivedyn hinta, tämäntyyppisen aineen yksinkertaisin muoto ja vetyelementin vastine. Muut anti-elementit olisivat vielä kalliimpia. Vuodesta 2013 lähtien on tuotettu vain pieniä määriä vetyatomeja – vain tutkimustarkoituksiin – eikä ainetta ole saatavana myyntiin.
Miksi antimateriaali on niin kallista
Antiaine koostuu hiukkasista, joita voidaan pitää vastakohtina normaaleille aineille. Ihmisille tuttu asia koostuu atomeista, jotka koostuvat ytimestä, joka sisältää raskaita, positiivisesti varautuneita hiukkasia, joita kutsutaan protoneiksi ja joita ympäröi “pilvi” kevyitä, negatiivisesti varautuneita elektroneja. Antiaineen atomien ytimessä on negatiivisesti varautuneita antiprotoneja, ja niiden ympärillä on positiivisesti varautuneita anti-elektroneja-joita yleensä kutsutaan positroneiksi. Vaikka antiprotoneja on havaittu kosmisissa säteissä ja jotkut radioaktiiviset elementit lähettävät positroneja, ei ole tiedossa luonnollista anti-atomien lähdettä, joten antiaine on valmistettava.
Positronit voidaan saada melko helposti materiaaleista, jotka niitä säteilevät, mutta paljon raskaammat antiprotonit on luotava hiukkasten törmäyslaitteisiin – koneisiin, jotka lähettävät subatomisia hiukkasia törmäämään toisiinsa ja muihin materiaaleihin valtavalla nopeudella. Nämä törmäykset keskittävät valtavia määriä energiaa erittäin pieniin tilavuuksiin, mikä johtaa aineen muodostumiseen hiukkasten ja antihiukkasten muodossa, mukaan lukien antiprotonit. Ne voidaan erottaa magneettisesti ja yhdistää positronien kanssa, jotta saadaan aikaan vetyatomeja.
Koska näitä anti-atomeja voidaan valmistaa vain harvoissa tiloissa ja vain pieninä määrinä, antihydraattia on erittäin niukasti. Sen valmistaminen on paitsi vaikeaa ja kallista, myös vaikeaa vangita ja varastoida. Anti-atomit vetävät voimakkaasti normaalien atomien puoleen, koska elektronit ja positronit ovat vastakkaisilla sähkövarauksilla, ja kun ne kohtaavat, ne tuhoavat toisensa ja kaikki massansa muuttuvat energiaksi. Varastointi sisältää tyhjiösäiliöitä, jotka estävät atomien koskettamasta sivuja magneettikenttien avulla. Nämä tekijät yhdessä muodostavat antiaineesta maailman kalleimman aineen.
Käyttötarkoitukset antimaterialle
Tiedemiehet eivät joutuisi valmistamaan tätä ainetta, jos sillä ei olisi mahdollisia käyttötarkoituksia. Antiaineella on suurin mahdollinen polttoainetiheys, mikä tarkoittaa, että se voi vapauttaa enemmän energiaa painoyksikköä kohti kuin mikään muu aine. Koska antiaineen tuottaminen vaatii jopa enemmän energiaa kuin siitä saadaan, se ei ole ratkaisu planeetan energiaongelmiin; sitä on kuitenkin ehdotettu mahdolliseksi tulevaksi rakettipolttoaineeksi, koska se voisi teoriassa nopeuttaa hyötykuorman huomattavaan osaan valon nopeudesta. Tällä hetkellä sen tärkein etu tiedemiehille on kuitenkin se, mitä se voi paljastaa fysiikan laeista.
Muut kalliit aineet
Vielä eksoottisen fysiikan alalla ydinisomeerit, vaikka ne olisivatkin jonkin verran alle maailman kalleimman aineen, kantaisivat erittäin korkeaa hintalappua – mahdollisesti yli 28 miljardia dollaria unssilta (1 miljardi dollaria grammalta). Nämä ovat elementtejä, joissa atomin ytimessä on enemmän kuin vähimmäismäärä energiaa – minimi tunnetaan nimellä “perustila”. Useimmissa tapauksissa ydin tässä “virittyneessä” tilassa palaa perustilaansa pienen sekunnin murto-osan sisällä ja vapauttaa energiaa gammasäteiden muodossa, mutta jotkut ydinisomeerit, kuten hafnium-178m2 ja tantaali-180m, ovat suhteellisen vakaita ja pitkäikäisiä. Normaalioloissa nämä isomeerit vapauttavat energiaa hitaasti, kun niiden ytimet palautuvat satunnaisesti pitkän ajan kuluessa.
1990-luvun kokeet näyttivät osoittavan, että hafnium-178m2: n näyte voidaan laukaista palaamaan perustilaansa kerralla vapauttaen suuria määriä energiaa pommittamalla sitä röntgensäteillä. Tämä lisäsi mahdollisuutta käyttää isomeeriä energian varastointiin tai uuden tyyppisten aseiden kehittämiseen. Vaikutuksen toistamisyritykset ovat kuitenkin toistaiseksi epäonnistuneet, ja monet tutkijat suhtautuvat hyvin skeptisesti näihin mahdollisuuksiin. Kuten antiaineessa, nämäkin aineet on valmistettava kalliissa hiukkasloukkauslaitteissa, ja niitä on saatavana vain pieninä määrinä.