宇宙空間を迅速に移動することは、長年にわたり推進技術の研究における目標である。ロケットはそのための最も一般的な手段であり、多大な推力を提供できるが、非常に非効率である。一方、電気推進やソーラーセイルのような他の選択肢は効率的であるものの、長時間にわたってごくわずかな推力しか提供できない。そのため、科学者たちは長らく、十分な推力を長期間にわたり供給できる第三の推進方法を夢見てきた。この方法があれば、人類が単一の生涯のうちに他の恒星系へ有人ミッションを実現することも可能になるかもしれない。そして、その方法は宇宙で最も稀少な物質の一つである反物質を利用することで理論的に実現可能である。
ユナイテッド・アラブ・エミレーツ大学のSawsan Ammar Omira氏とAbdel Hamid I. Mourad氏による新たな論文は、反物質を用いた宇宙推進システムの可能性と、それを実現する上での困難について検討している。反物質は1932年に物理学者Carl David Andersonが発見した。彼は、雲室を通じて宇宙線中の陽電子（電子の反物質形態）を観測した。この発見により、彼は1936年にノーベル物理学賞を受賞している。反物質を人工的に初めて生成することに成功するまでにはさらに20年を要した。
それ以降、反物質は考えられる限りあらゆる方法で研究されてきた。その中には文字通り「突く」という試みも含まれるが、これにより反物質の最も有名な現象である「消滅」が引き起こされる。反物質の陽子が通常物質の陽子や中性子と接触すると、互いに消滅し、エネルギー（通常はガンマ線の形）と、高エネルギーで短命の粒子（パイ中間子やK中間子）を放出する。これらの粒子は相対論的速度で移動している。
理論的には、宇宙船が十分な量の反物質を搭載し、この消滅爆発を意図的に起こして相対論的粒子を推力として利用し、さらにガンマ線をエネルギー源として活用することが可能であるかもしれない。反陽子1グラムが消滅する際に放出されるエネルギーは1.8×10¹⁴ジュールであり、ロケット燃料より11桁も多く、核分裂や核融合炉のエネルギー密度の100倍に相当する。論文によれば、「反水素1グラムは理想的にはスペースシャトル23機を動かすのに十分なエネルギーを供給する」という。
これを踏まえたとき、なぜまだこうした驚異的な推進システムが存在しないのかという疑問が湧く。その単純な答えは、反物質を扱うのが非常に難しいからである。反物質は接触したものと即座に消滅してしまうため、高度な電磁的拘束場の中に保持しなければならない。科学者たちがこれを維持できた最長時間は2016年にCERNで達成された約16分であり、それも数個の原子に過ぎなかった。宇宙間推進システムを支えるのに必要なグラムやキログラム単位の量には到底及ばない。
さらに、反物質を生成するには莫大なエネルギーが必要であり、非常に高価である。CERNのAntiproton Decelerator（反陽子減速器）は、年間約10ナノグラムの反陽子を生成するが、そのコストは数百万ドルに及ぶ。このペースで1グラムの反物質を生成するには、約2500万kWhのエネルギーが必要であり、これは小規模な都市を1年間動かすのに十分な量である。また、その費用は平均的な電気料金で400万ドルを超えるため、反物質は地球上で最も高価な物質の一つである。
このようなコストと必要な大規模インフラのため、反物質研究は比較的限定的である。この分野で発表される論文数は年間100～125本ほどであり、2000年の約25本から大幅に増加している。しかし、これは現在のAIブームを支える主要アルゴリズムの一つである大規模言語モデルに関する年間約1000本の論文と比べると大幅に少ない。つまり、全体的なコストの高さや長期的な展望により、反物質の生成と保存に関する研究は資金が制限されており、その結果、進展が遅れている。
このことから、反物質を用いた宇宙推進システムが実現するまでには相当な時間がかかる可能性が高い。反物質研究を進めるためには、まず核融合のような前段階のエネルギー生成技術を開発し、エネルギーコストを大幅に削減する必要があるかもしれない。しかし、ほぼ相対論的な速度での移動や、人類が単一の生涯のうちに他の恒星系へ到達するという可能性は、どれだけ時間がかかろうとも、宇宙探査と冒険を追求する愛好者たちを引き付け続けるであろう。
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