Физики получили и удержали в ловушке антиматерию

Уже не фантастика

В романе антивещество получают конкретно в ЦЕРНе - в Швейцарии, хотя на Земле построены не менее десяти подходящих установок. У швейцарских ученых антивещество и воруют злоумышленники. Выносят, чтобы потом выпустить и взорвать. В 2000 году, когда "Англы и демоны" только вышли в свет, в ЦЕРНе как раз был запущен так называемый антипротонный деселератор (Antiproton Decelerator) или накопительное кольцо - устройство, замедляющее антипротоны. С помощью кольца в 2002 году физики впервые добыли ощутимое количество антивещества - примерно 50 тысяч атомов антиводорода. Добыли, но не наловили. Все полученное антивещество мгновенно самоуничтожалось - аннигилировало, взаимодействуя с нормальным - нашим - веществом. Ныне же физикам, участвовавшим в эксперименте ALPHA (Antihydrogen Laser Physics Apparatus), удалось еще и собрать полученные атомы антиводорода в хитрую ловушку - так называемую "магнитную бутылку". В ловушку поместил "свое" антивещество и Дэн Браун. Но сильно ошибся в размерах. У писателя она переносная. Реальное же приспособление для хранения антиводорода весит несколько тонн. И тем не менее автор "Ангелов и демонов", по большому счету, предугадал научную тенденцию. Всего-то 10 лет прошло. А кто знает, какого прогресса достигнуть физики еще через декаду? Вдруг дело дойдет и до переносных ловушек? И ни до считанных атомов антивещества, а до граммов?

В фильме "Ангелы и демоны" ловушка антивещества была похожа на небольшую керосиновую лампу

Ловушка была переносной

Так выглядит магнитная ловушка на самом деле - она часть огромной установки. То сть, штука стационарная

Схема установки, с помощью которой удалось наловить 38 атомов антиводорода

Неравенство вселенского масштаба

По теории, у каждой материальной частицы во Вселенной есть двойник - античастица. Она такая же по массе, но другого заряда. "Нормальная" материя состоит из "положительных" протонов, нейтронов и "отрицательных" электронов. Антиматерия - из "отрицательных" антипротонов, антинейтронов (с противоположным магнитным моментом) и "положительных" позитронов. Образно говоря, частицы и античастицы, материя и антиматерия равны перед Богом. То есть, в момент рождения Вселенной - в результате Большого Взрыва или чего-то там еще - вещества и антивещества должно было бы образоваться поровну. Но по какой-то невероятно загадочной причине возник перекос. По-научному, его называют барионная асимметрия. В результате непонятных пока процессов случилось так, что вещество есть - оно кругом, а антивещества не видно. И надо сильно постараться, чтобы его добыть. Причину возникновения асимметрии ищут. В том числе и с помощью экспериментов на Большом Адронном Коллайдере (БАК), в которых воспроизводят условия, существовавшие в первые мгновения жизни Вселенной. Ведь по одной из гипотез, вещество взяло верх над антивеществом то ли в сам момент Большого взрыва, то ли почти мгновенно после него. С другой стороны, нет абсолютной уверенности в том, что вещество доминирует везде. Во всех уголках Вселенной. И может быть, где-то существуют так называемые антимиры.

Антиматериальное обеспечение

Чтобы попытаться понять, как и почему образовался именно наш материальный мир, нужно познать структуру антивещества. Посмотреть, не отличается ли оно хоть чем-нибудь. Нужно определить его свойства. Антиводород, наконец-то пойманный в ловушку, впервые позволяет подступиться к подобным исследованиям. Атомы антиводорода были синтезированы в результате взаимодействия антипротонов из деселератора и позитронов, которые излучал радиоактивный изотоп натрия. Они получились электрически нейтральными. Но слабыми магнитными свойствами все же обладали. Это и позволило наловить чуть-чуть атомов антиводорода в ловушку, внутри которой было создано весьма сложно магнитное поле. И созданы условия, при которых антивещество было изолировано от вещества - стенок ловушки. В процессе экспериментов (335 попыток) физики задействовали 10 миллионов антипротонов и 700 миллионов позитронов. Почти все образовавшиеся атомы антиводорода были столь быстры и энергичны, что улетели и аннигилировали. Но 38 штук все же удалось поймать. Они "застряли" в магнитной ловушке словно мухи в паутине. - У нас пока невысокая эффективность, - пошутил спикер эксперимента ALPHA Джеффри Хангст (Jeffrey Hangst) из датского Университета Орхуса (Aarhus University). - Мы производим гораздо больше антиводорода, чем можем удержать. Антивещество продержалос в ловушке десятые доли секунды - достаточно, чтобы начать его исследовать. Но это - задачи ближайшего будущего.

Процесс эксперимента с антивеществом в фильме

Реальная установка ALPHA

Ничего дороже в мире нет

Антиматерия - самая дорогая субстанция на Земле. Уж очень накладно ее получать. Один грамм позитронов стоит 25 миллиардов долларов. В 2002 году грамм антиводорода оценивался в 62 триллиона долларов. Ныне, в силу совершенствования технологии, подешевел - "идет" по 10 триллионов. Но антивещество не только баснословно дорогое, но и невероятно ценное. Ведь оно - лучший во Вселенной источник энергии. При аннигиляции в нее - энергию - переходит вся масса. Взрыв с участием всего четверти грамма антивещества будет сравним с хиросимским. Килограмм антиматерии, аннигилируя с обычным веществом, дал бы энергии в 10 миллиардов раз больше, чем килограмм тротила. По расчетам НАСА, "горючее" - из антиводорода - смогло бы разогнать корабль весом в 100 тонн до 100 тысяч километров в секунду. Это - треть скорости света. И возможность долететь до ближайшей звезды - Альфа Центавра - за 12 лет. Кстати, туда, куда Джеймс Кэмерон поместил Пандору в фильме "Аватар", действительно может находиться планета, пригодная для жизни. Так, по крайней мере, считают астрономы из Гарвард-Смитсонианского астрофизического центра. У Дэна Брауна в "Ангелах и Демонах" украденная ловушка содержала четверть грамма антивещества. Пока, увы, наработать такое количество нереально. При нынешних технологиях понадобятся миллионы лет. Но дело, однако, не безнадежное. Хотя бы на поприще совершенствования сноровки в ловли антиматерии. Физик Джеймс Бикфорд из лаборатории Драпера в Кэмбридже уверяет: антивещество можно насобирать, летая с электромагнитным сачком-ловушкой за орбитой Юпитера. Там, по его прикидкам, за счет взаимодействия космических лучей с облаками газов сами собой образуются примерно по 4 тонны антипротонов в год.

В экспериментах ALPHA принимают участие ученые из Дании, США, Канады, Израиля, Японии и Великобритании. К сожалению, российские исследователи не участвуют. Но в экспериментах на БАКе задействованы активно.

ВПЕЧАТЛЕНИЕ СПЕЦИАЛИСТА ОТ ЭКСПЕРИМЕНТОВ В ЦЕРНе

Академик РАН Виктор МАТВЕЕВ: - Вслед за Эйнштейном я могу повторить его известный афоризм «Господь Бог не играет в кости!». В природе нет случайностей, она управляется по строго определенным законам. Поэтому волей-неволей напрашиваются совсем ненаучные выводы. Значит, кто-то уже изначально придумал законы, которые мы открываем, смоделировал мир, который мы пытаемся познать, и загрузил наш мозг всей необходимой информацией, как компьютер - программами, чтобы мы не были простым «железом». Мы, конечно, пытаемся подражать Создателю, хотя, по правде, ищем к нему ключи.

ЦИТАТА В ТЕМУ

Тропы еще в антимир не протоптаны, Но, как на фронте, держись ты! Бомбардируем мы ядра протонами, Значит, мы - антиллеристы. (Владимир Высоцкий, из марша студентов-физиков)