Материя наоборот

Физики научились получать в лаборатории большое количество антивещества

Перед запуском Большого адронного коллайдера многие опасались, что при его работе образуется антиматерия, которая уничтожит материю обычную. Вскоре после старта коллайдер сломался, и пока он на ремонте, Земля в безопасности. Но некоторые ученые не оставляют попытки получить антиматерию у себя в лаборатории и даже добиваются некоторых успехов. Например, в ноябре 2008 года физики из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса заявили о том, что им удалось разработать технологию получения большого количества антивещества.

Вместо того чтобы испугаться, остальные физики, скорее всего, обрадуются новому способу получения смертоносной субстанции. Так стоит ли бояться антипода материи, и зачем физики так упорно стремятся получить его?

Почти так же, но наоборот

Все началось в 1928 году, когда британский физик Поль Дирак в результате теоретических рассуждений пришел к выводу, что у электрона - элементарной частицы с отрицательным электростатическим зарядом - должен быть положительно заряженный брат-близнец. В 1932 году существование положительно заряженного электрона было подтверждено экспериментально. Первая открытая частица антивещества получила название позитрон (реже употребляют термин антиэлектрон).

В 1955 году был открыт антипод протона - антипротон, и в конце концов физикам стало ясно, что каждой частице "обычного" вещества соответствует частица антивещества. Элементарные составляющие материи и антиматерии имеют практически одинаковые характеристики за исключением заряда. Нейтральные частицы и античастицы (например, нейтрон и антинейтрон), очевидно, нельзя отличить друг от друга по знаку заряда, однако они все же являются разными частицами. Нейтральные частицы состоят из кварков, а нейтральные античастицы - из антикварков.

Еще один способ понять, имеем ли мы дело с частицами вещества или антивещества - это привести их в соприкосновение. Если они принадлежат к одному типу материи, то ничего особенного не произойдет. А вот если некоторые из частиц являются частицами, а другие - античастицами, то при контакте все они исчезнут с выделением большого количества энергии. Точнее, не большого, а ровно такого, какое предсказывает уравнение Эйнштейна E=mc2.

Эта особенность антивещества сильно затрудняет его получение и хранение. Тем не менее, в 1995 году специалистам из Европейского центра ядерных исследований (CERN) удалось создать антиводород. Атомы "обычного" водорода состоят из одного протона и одного электрона. Это самые простые из существующих атомов. Атом антиводорода состоит из отрицательно заряженного антипротона, вокруг которого вращается положительно заряженный позитрон. Сталкивая антипротоны с атомами ксенона в течение трех недель, физикам удалось получить девять атомов антиводорода, каждый из которых просуществовал около сорока миллиардных долей секунды, после чего аннигилировал (разрушился), столкнувшись с "обычными" атомами.

В 2002 году две группы ученых получили тысячи атомов антиводорода, "стравливая" позитроны и антипротоны, удерживаемые магнитными ловушками. Еще позже физики научились производить миллионы антиатомов. Каким бы огромным ни было число миллион, миллион атомов антиводорода - это очень-очень мало. Скажем, чтобы надуть обычный воздушный шарик антиводородом, необходимо десять миллионов триллионов таких антиатомов (один с 19 нулями).

Физики из Ливерморской национальной лаборатории под руководством Хуэй Чен (Hui Chen) разработали технологию получения сотен миллиардов античастиц. Правда, они создавали позитроны, а не целые атомы, но все равно увеличение числа получаемых античастиц на несколько порядков (а именно это утверждают авторы исследования) - это пусть маленький, но все же шаг вперед. Источником позитронов служили золотые пластины, на которые воздействовали лазерным лучом.

Короткоимпульсный лазер высокой интенсивности испарял атомы золота и ионизировал их. В образовавшемся облаке плазмы ускоренные электроны сталкивались с ядрами золота. При этом образовывалось множество частиц, в том числе, позитроны.

Методы выбивания античастиц из металлических мишеней существуют давно. Новизна данной технологии заключается в использовании золотых пластин толщиной около миллиметра и применении короткоимпульсного лазера. Обычно ученые используют металлические мишени толщиной с лист бумаги, однако более толстые пластины, по словам исследователей, которые сначала смоделировали будущий эксперимент на компьютере, "дают" больше позитронов. Короткоимпульсный мощный лазер позволяет сконцентрировать энергию не только в пространстве, но и во времени.

Чен и коллеги фиксировали образование позитронов с помощью обычного детектора электронов, настроенного на регистрацию частиц с другим знаком заряда. Согласно оценкам ученых, всего во время их эксперимента "родилось" более ста миллиардов позитронов. Если результаты физиков подтвердятся, то новая технология действительно позволяет получать намного больше античастиц, чем предыдущие аналоги.

Все пропало

Зачем физики тратят столько усилий для получения этой непонятной антиматерии? Как это ни странно, но одной из причин является ее отсутствие в окружающем нас мире. Антивещества почти нет не только на Земле или в Солнечной системе, но также и на далеких звездах. Этот факт не дает покоя физикам, так как согласно существующим теориям, во время Большого Взрыва должно было образоваться примерно поровну частиц материи и антиматерии.

Однако это означает, что читатель сейчас не может смотреть в монитор, так как ни читателя, ни монитора не должно существовать. Все антивещество должно было бы прореагировать со всем веществом, при этом выделилось бы огромное количество энергии, но число образовавшихся частиц было бы недостаточным для создания галактик, звезд, планет и людей.

Означает ли присутствие читателя перед монитором, что во время Большого Взрыва образовывалось преимущественно вещество, а не антивещество? Вероятно, нет. В настоящее время ученые придерживаются мнения, что в окружающей нас Вселенной материи значительно больше, чем антиматерии по причине того, что законы физики для них не совсем одинаковы. При высоких энергиях частицы как вещества, так и антивещества "любят" превращаться друг в друга. Кварки могут превращаться в позитроны, а антикварки в электроны и наоборот (на самом деле, все несколько сложнее, и, например, электроны или позитроны не прямо образуются из кварков, а испускаются при взаимодействии кварков или антикварков). Неравноценность физических законов для материи и антиматерии проявляется в том, что в молодой Вселенной преимущественно происходили процессы превращения позитронов в кварки, а не электронов в антикварки. Однако для окончательного принятия этой теории не хватает экспериментальных доказательств, и именно поэтому физики стремятся получить антиматерию в своих лабораториях.

Помимо желания узнать, как развивались события вскоре после Большого Взрыва и куда подевалась вся антиматерия, исследователям просто интересно сталкивать между собой частицы и античастицы. Дело в том, что при их аннигиляции не только выделяется энергия, но также происходит образование некоторых новых частиц (так как масса и энергия неразрывно связаны между собой через уже упоминавшееся уравнение Эйнштейна). Физики очень любят изучать новые частицы, и их любопытству мы обязаны строительством ускорителей, в которых частицы сталкиваются друг с другом на огромной скорости. Будем надеяться, что кризис не помешает ремонту самого большого из них, и у физиков вновь появится их любимая игрушка.

Наука и техника00:0517 февраля

Звон мечей

Лучшая ролевая игра со времен Morrowind и «Ведьмака»: Kingdom Come: Deliverance
Наука и техника00:0630 ноября 2017
Красноармейцы в финском плену. Лагерь в области Париккала

«Красноармейцы — голодные и нищие колхозники»

Сталин обрек тысячи солдат на мучительную смерть и подарил Финляндию Гитлеру
Крутите барабан
Их оружием убивали по всему миру. Теперь они банкроты
Пчелиное жало
Украина завалила Европу ватой и лыжами. И не собирается останавливаться
Деньги есть
Тайная жизнь Северной Кореи: секс, рабы и мафия
Звон мечей
Лучшая ролевая игра со времен Morrowind и «Ведьмака»: Kingdom Come: Deliverance
Огненный демон
Смертоносное оружие России держит в страхе Европу и США
Луис Глазман «Битва при Ситке»Обойдемся
Эти индейцы воевали с русскими до 2004 года. Они вынудили Россию продать Аляску
«Они звали Гитлера герр Маляр»
Фашистка, нацистка, красавица: скандальная жизнь самых известных сестер Британии
«В школе мне часто приходилось терпеть унижения»
Жан Дюжарден о природе своей комедии и жизни после «Оскара»
На катере к твоей матери
Ирландец годами караулил подростков на пристани
Травмируй меня нежно
Самоубийства и сексуальные фантазии в 35 лучших зарубежных книгах сезона
Доктор смерть
Он качал из людей кровь и создал армию колдунов, чтобы держать в страхе Гаити
За заслуги
Вещи, которые спасут защитников Отечества от холода, скуки и опозданий
«Если араб не воюет, он дрифтует»
Богатым арабам джихад не нужен. Они любят бешеную скорость и наркотики
Книга мемов: почему Tesla все-таки крутая
Все хорошее, что придумала и сделала компания Илона Маска
Сегодня ничего не произошло
Длительный тест Hyundai Sonata: итоги, конкуренты, стоимость владения
Тест: угадай машину знаменитости
Вспоминаем, какие тачки стоят в гаражах звезд шоу-бизнеса
Продано! Машины, раскупленные еще до премьеры
Невероятные автомобили, которые скупили до начала продаж