Магнітна пастка для антиречовини

Фізики з Європейського центру ядерних досліджень створили кілька атомів антиводню і зуміли утримати їх в магнітній пастці 0,17 секунди. До сих пір не вдавалося змусити антиречовину існувати так довго. Раніше при подібних експериментах вчені не встигали провести всі потрібні виміри, так як воно дуже швидко анігілював.

Фото: AP

Нагадаю, що антиречовиною називають точну протилежність звичайної речовини, що складається з елементарних частинок-антиподів. Відомо, що такі є у кожної елементарної частинки, причому вони мають таку ж масою і спіном (простіше кажучи, напрямком обертання навколо "своєї осі") і протилежним зарядом. Наприклад, електрону з негативним зарядом відповідає його брат-близнюк позитрон, який має позитивний заряд.

Не дивно, що подібним античастинок теж властиво об'єднуватися в атоми (точніше, антиатоми), які і лежать в основі антиречовини. Самим елементарним антиречовиною є, як ви розумієте, той самий антиводню, що складається з антіпротонового ядра і бігає поруч з ним позитрона. Перші атоми такого типу були отримані в Європейському центрі ядерних досліджень (CERN) ще в 1995 році. Однак існували вони досить недовго, анігілюючи (тобто зникаючи) при зіткненні зі звичайними атомами через мільйонні частки секунди.

І ось тепер ученим вдалося продовжити їхнє життя до 0,17 секунди. Зроблено це було за допомогою спеціальної установки ALPHA, де антиводню утворюється при взаємодії антипротонів, одержуваних шляхом опромінення протонами металевої мішені, і позитронів, які народжуються в результаті розпаду ізотопу 22Na. Сам процес об'єднання невеликих "хмар" попередньо охолоджених часток розвивається в вакуумі в пастках Пеннінга (більш докладний опис експерименту бажаючі можуть прочитати у відповідній статті , Опублікований в одному з останніх номерів Nature).

У такій пастці створюється магнітне поле, величина якого досягає мінімуму в її центрі. Тому для атомів антиводню, у яких спін позитрона спрямований проти магнітного поля, в даній точці є мінімум потенційної енергії. Що і дозволяє затримати їх на час, необхідний для виконання частини потрібних для вчених вимірювань.

Читайте також: Вченим вдалося помацати частку бога

Фото: AP

В процесі експерименту фізиками були створені 30 000 антипротонів, охолоджених до 200 К, і два мільйони позитронів, охолоджених до 40 К, при взаємодії яких вийшли тисячі атомів антиводню. Правда, більшість з них покинули "магнітну пляшку" практично миттєво, після чого традиційно аннигилировали, проте приблизно 38 штук протрималися в "павутині" магнітного поля досить довго, тобто ті самі 0,17 секунди.

Результати експерименту оцінювалися за допомогою детекторів, які реєстрували продукти анігіляції антиводню (їх називають пі-мезони або півонії, ці частинки мають нульовий спін і можуть бути заряджені позитивно, негативно або нейтрально) при "виключенні" пастки. Порівнюючи ці дані з заготовленими моделями, автори відокремлювали корисні події від фонових, якими є попадання космічних променів або, наприклад, банальна анігіляції антипротонів, не пов'язана з експериментом.

Заключним етапом експериментів повинні стати спектроскопічні вимірювання, для виконання яких, як вважає один з дослідників, співробітник Каліфорнійського університету в Сан-Дієго Кліфф Сарко, необхідно захопити в пастку відразу 100 атомів антиводню. Подібні вимірювання до сих пір не вдавалося провести через те, що перш антиатоми існували досить недовго. А адже вони надзвичайно важливі для теоретичної квантової фізики.

Так, наприклад, досліджуючи властивості антиводню, фізики сподіваються перевірити так звану CPT-інваріантність, яка вважається фундаментальним якістю фізичних законів. Підтекст цієї інваріантності полягає в тому, що дзеркальне відображення нашого Всесвіту, тобто Антівселенная, повинна буде влаштована і вести себе так само, як і її прототип. Оскільки в будь-який момент відповідних часів (в Антівселенной, за припущеннями, час рухається в зворотному напрямку) два всесвіти будуть ідентичні, то перетворення CPT запросто перетворить одну в іншу, тобто все антиречовину зможе стати речовиною і навпаки.

Однак, для того щоб перевірити цю гіпотезу, для початку потрібно "заготовити" побільше антиречовини і зробити так, щоб воно проіснувало стільки, скільки потрібно для досліджень. Не виключено, що першим цього доб'ється конкуруючий з ALPHA проект ATRAP. "Замість того щоб демонструвати захоплення 38 окремих атомів, ми розробляємо методику тривалого утримання набагато більшого числа більш холодних атомів антиводню", - заявляє учасник цього проекту Джеральд Габріелсе.

Втім, незважаючи на те, що добитися стійкості антиматерії протягом тривалого проміжку часу поки ще не вдалося, вже знаходяться ті, хто заявляє, нібито подібні експерименти таять в собі чималу небезпеку для людства. Противники даного напрямку досліджень, що знаходяться явно під враженням роману Дена Брауна "Ангели і демони", вважають, що вони дозволять створити потужну бомбу з антиречовини.

Фото: AP

Відомо, що при анігіляції всього 1 кг антиречовини з 1 кг речовини виділяється енергія, відповідна 43 мільйонам тонн тротилу. Це трохи менше, ніж у рекордному радянської водневої бомби (57 мегатонн), але раз в 10 більше, ніж було використано тротилу усіма арміями під час Другої світової війни. Саме тому деякі, щоб не допустити подібного кошмару, пропонують заборонити будь-які дослідження в даному напрямку.

Однак вчені говорять, що подібні побоювання поки абсолютно безпідставні, оскільки мова йде лише про отримання мізерної кількості антиводню, який до того ж існує менше секунди. На те, щоб збільшити час його життя хоча б до хвилини, повинна бути витрачена не одна сотня років. Та й вартість подібних експериментів все ще досить висока - на отримання хоча б 1 г антиводню довелося б витратити близько двох трильйонів доларів, що вже говорити про кілограмах!

Читайте також: Великий адронний коллайдер знищить Землю

Так що для створення бомби з антиматерії поки немає ніяких умов. І в найближчому майбутньому навряд чи з'являться.

Читайте найцікавіше в рубриці " Наука і техніка "