Грузите протоны бочками: физики испытывают тару для перевозки антиматерии

Ученые, которые доставили протоны к месту назначения. Зеленые всплески на экране компьютера свидетельствуют о том, что «груз» доехал в целости и сохранности

Ученые Европейского центра ядерных исследований (CERN) погрузили в грузовик 70 протонов и перевезли их примерно на 600 метров. Словом, в другое место. На будущий год запланировано отправить в дальний путь уже антипротоны. То есть, антиматерию, ради изучения которой, собственно, и были затеяны уникальные эксперименты, а для них создана уникальная техника, позволяющая хранить и транспортировать на дальние расстояния свободные частицы.

Протоны, упакованные в «тару», размещают в грузовике

Логика «экспедиторов» из международной коллаборации BASE (Baryon Antibaryon Symmetry Experiment) такова: раз удалось доставить протоны в целости и сохранности, не допустить, чтобы эти положительно заряженные частицы соединились с отрицательными электронами, получится и с антипротонами. Нынешний эксперимент назывался BASE-STEP, следующий – непосредственно с антипротонами – будет называться PUMA. Их перевезут на том же грузовике и в той же «таре», которую изготовили физики. А изготовили они особые магнитные ловушки. Охлажденные частицы удерживаются в них посредством электромагнитных сил. Своеобразные экраны изолируют их от стенок «тары». Иначе бы протоны превратились просто в вещество, а антипротоны мгновенно бы аннигилировали.

«Свежими» антипротонами для предстоящего эксперимента ученых обеспечат Большой адронный коллайдер (Large Hadron Collider - LHC) и антипротонный замедлитель (Antiproton Decelerator - AD). Один произведет античастицы, другой их «отловит» и направит в ловушку. Кстати, в ней специалистам BASЕ удавалось сохранять отловленные ранее антипротоны больше года.

Примерно так выглядит Ловушка Пеннинга – упрощенно и схематично, конечно

Тип «тары» – так называемая ловушка Пеннинга (Penning trap). В нее входят сверхпроводящие магниты, система охлаждения и вакуумная камера. Штука,конечно, громоздкая и тяжелая – весит тонну. Но в грузовик помещается.

А В ЭТО ВРЕМЯ

Антиматерия, мягко говоря, смущает физиков

Несколько лет назад коллектив всё той же BASЕ под предводительством Кристиана Сморра (Christian Smorra), наловив антипротонов, измерил их магнитные моменты. И продемонстрировал: магнитные моменты протона и антипротона отличаются лишь знаками, а в численном выражении сходятся с рекордной точностью. По сути, они равны. А это еще раз доказывает, что «материальный» протон и «антиматериальный» антипротон — симметричные частицы, зеркальное отражение друг друга.

- Мы наблюдаем, что материя и антиматерия являют полную симметрию, из чего следует, что Вселенная на самом деле не должна бы существовать, - заявил тогда Кристиан Сморра.

О чем речь? Поясню. Все материальные частицы во Вселенной имеют двойников - античастицы — равные по массе, но с противоположным зарядом или магнитным моментом. Нормальная, так называемая барионная материя — та самая, которая нас окружает, состоит из протонов, нейтронов и электронов, имеющих отрицательный заряд. Антиматерию формируют антипротоны, антинейтроны и положительные позитроны.

Возможно, где-то есть анти-Солнечная система, а в ней – Анти-Земля с анти-людьми

Частицы и античастицы ничем не лучше друг друга. Образно говоря, материя и антиматерия равны перед Богом. И по здравому разумению, в момент рождения Вселенной - в результате Большого Взрыва - вещество и антивещества должны было бы образоваться в равных количествах. Далее частицам и античастицам следовало бы тут же аннигилировать - исчезнуть со вспышкой света. Результат – никакой Вселенной. На это как раз и намекал Кристиан Сморра.

Однако, если ощущения нас не обманывают, то Вселенная все же существует. Значит, материя по какой-то загадочной причине возобладала – ее стало больше, чем антиматерии. То есть, возникла асимметрия - барионная асимметрия, выражаясь по-научному. А это и привело, в итоге, к появлению всего сущего. Включая нас с вами.

Вот физики и недоумевают, что так удачно перекосило нарождающееся мироздание. Загадка…

Гипотезы, конечно, имеются. Но уж очень экзотические.

Вот, к примеру, доктор Хуман Давудьясл (Dr Hooman Davoudiasl) - физик-теоретик из Брукхейвенской национальной лаборатории (Brookhaven National Laboratory, New York) предположил, что «благотворный перекос» произошел благодаря событию, случившемуся сразу же после Большого Взрыва - буквально через минуту-другую. А именно: вслед за одним Большим Взрывом последовал второй. Правда, не столь мощный, как первый. О чем ученый и его коллеги сообщили в журнале Physical Review Letters.

По их словам, «существовал короткий период вторичной инфляции, которой и повлек за собой дальнейшую эволюцию Вселенной».

События в представлении ученых развивались примерно так: грянул Большой Взрыв, началось стремительное расширение пространства, появилась не очень обширная, но очень горячая субстанция, раскаленная до миллиардов градусов. В ее ограниченном объеме сталкивались и аннигилировали частицы и античастицы. И если бы подобный процесс продолжился, то никакого вещества вообще не осталось бы. Но тут, как предполагают новаторы, подоспел еще один Большой Взрыв, который мгновенно добавил объема и развел частицы, тем самым сохранив материю и создав барионную асимметрию.

Попутно Второй Большой взрыв мог отделить и темную материю от нашей светлой.

- Конечно, такая теория не вписывается в стандартную космологию, - оправдывался Давудьясл. - Но Вселенная столь сложна, что может и не соответствовать тем представлениям, которые мы о ней придумали.

Стало быть, где-то во Вселенной должны существовать скопления антиматерии, изолированной от материи Вторым Большим Взрывом. Но обнаружить антимиры или миры, сотканные из темной материи, да хотя бы ее саму, пока не получается.

СЛУШАЙТЕ ТАКЖЕ

Почему российские корабли долетают до МКС за 3 часа, а остальные за 2 дня (подробнее)