Антивещество — ключ к происхождению Вселенной и самый мощный источник энергии из теоретически возможных. Изучать антиматерию невероятно сложно, но недавно, рассказывает научный обозреватель Forbes Анатолий Глянцев, ученые совершили в этой области нас
Физики создали самую тяжелую частицу антиматерии из когда-либо наблюдавшихся. Это достижение может пролить свет на вопрос, почему во Вселенной вообще существует материя. Статья об открытии опубликована в журнале Nature.
В 1928 году великий физик Поль Дирак столкнулся с парадоксом. Уравнение, описывающее свойства электрона, имело два решения. Одно соответствовало электрону, а другое — точно такой же частице с противоположным, то есть положительным, зарядом. Карл Андерсон открыл эту частицу в космических лучах в 1932 году и назвал позитроном —сейчас ее назвали бы антиэлектроном. Так человечество впервые познакомилось с антиматерией. Позже были открыты антипротон, антинейтрон и антинейтрино. Теоретики считают, что у каждой частицы есть античастица. Античастица имеет такую же массу, время жизни и другие характеристики, как и исходная частица, но противоположный электрический заряд. Если частица сталкивается со своей античастицей, происходит аннигиляция — обе «близняшки» превращаются в фотоны. При этом вся их масса переходит в энергию по знаменитой формуле E=mc2. Аннигиляция одного килограмма антивещества высвобождает 43 мегатонны в тротиловом эквиваленте. Это самый мощный источник энергии во Вселенной, в десятки раз эффективнее водородных бомб. Правда, никто не умеет производить антиматерию не только килограммами, но даже микрограммами. Речь скорее идет об отдельных античастицах. Античастицы взаимодействуют друг с другом так же, как обычные частицы. Антипротоны объединяются с антинейтронами в ядра, а если добавить кружащие вокруг них позитроны, получатся антиатомы. Еще в XX веке физики получили ядра антидейтерия и антитрития — «двойники» изотопов водорода дейтерия и трития, а также антигелия-3. В 2011 году ученые, работающие с ускорителем RHIC, получили ядра антигелия-4. Такое ядро состоит из двух антипротонов и двух антинейтронов. До недавних пор это была самая массивная частица антиматерии из когда-либо наблюдавшихся. Теперь та же команда побила собственный рекорд. Четырехкилометровый коллайдер RHIC разгоняет ядра золота до 99,996% скорости света. Два пучка ядер отправляются навстречу друг другу, и некоторые ядра сталкиваются. Энергия столкновения разрушает оба ядра и превращает их в кварк-глюонную плазму. Это «первичная каша», предположительно существовавшая в первые микросекунды после Большого взрыва и давшая начало материи. Кварк-глюонная плазма быстро распадается на более стабильные частицы. Каждое столкновение двух ядер золота в конечном счете производит тысячи элементарных частиц. В этих столкновениях рождается как материя, так и антиматерия. Иногда антипротоны и антинейтроны по чистой случайности оказываются так близко друг к другу, что образуют ядра антиатомов. Чтобы наблюдать это чрезвычайно редкое событие, нужно множество столкновений. Но в этот раз физики наблюдали нечто еще более экзотическое — гиперядро антиматерии. Обычные атомные ядра состоят из протонов и нейтронов. Те, в свою очередь состоят из двух видов кварков — верхних и нижних . Кварковый состав протона — uud, нейтрона — udd. Но есть и другие виды кварков, в частности, странный кварк . Частица под названием лямбда-гиперон состоит из верхнего, нижнего и странного кварка . Лямбда-гиперон отчасти похож по своим свойствам на протон и нейтрон и может объединяться с ними в некое подобие атомного ядра. Такие структуры называются гиперядрами и быстро распадаются. Вспомним, что у каждой частицы есть античастица. Антикварки u и d объединяются в антипротоны и антинейтроны, а при добавлении странного антикварка получается лямбда-антигиперон. В недавнем эксперименте физики наблюдали гиперядро, состоящее из антипротона, двух антинейтронов и лямбда-антигиперона. По составу оно напоминает антигелий-4 с лямбда-антигипероном вместо второго антипротона. Однако странный кварк тяжелее верхнего, поэтому новое гиперядро тяжелее антигелия-4. Гиперядра разрушаются слишком быстро, чтобы наблюдать их непосредственно. Физики вычисляли их по продуктам распада, прослеживая треки миллиардов частиц. Поиск «антииголки» в стоге сена выявил 16 столкновений ядер, в которых, предположительно, образовались рекордные антигиперядра. В нескольких других столкновениях образовались такие же гиперядра из обычной материи. Полученных данных хватило, чтобы сравнить время жизни гиперядра из обычного вещества и антивещества. Как и предсказывает теория, оно оказалось одинаковым. Следующий шаг — сравнить их массы, но для этого нужно получить больше гиперядер. Почему физики тратят такие усилия на получение антивещества? Ведь теория говорит, что это практически точная копия обычной материи. Намного проще изучать обычные частицы и автоматически приписывать их свойства античастицам. Если вещество и антивещество такие одинаковые, естественно ожидать, что сразу после Большого взрыва они образовались в одинаковом количестве. Но в те времена Вселенная еще не расширилась как следует и частицы постоянно сталкивались друг с другом. Будь частиц и античастиц поровну, они бы аннигилировали друг с другом. Не было бы ни галактик, ни планет — только пустое пространство, заполненное излучением. Раз этого не произошло, значит, материи по каким-то причинам образовалось больше, чем антиматерии. Весь мир, включая нас самих, состоит из частиц, для уничтожения которых когда-то не хватило античастиц. Очень приятно, что так вышло, но все же почему это произошло? Возможно, что материя и антиматерия все же отличаются в некоторых важных свойствах. В конце концов, симметрия между ними — это лишь теоретический вывод. Теории иногда оказываются неверными, и за опровергающие их эксперименты присуждаются нобелевские премии. Но для начала эти эксперименты надо провести. Тайны Вселенной — это очень интересно, но можно ли использовать антиматерию «в народном хозяйстве»? Как ни удивительно, она уже используется. Позитронно-эмиссионная томография — один из видов медицинского сканирования, основанный как раз на аннигиляции. В кровь человека вводят безопасную дозу радиоактивного вещества, распадающееся с испусканием позитронов. Позитроны наталкиваются на электроны в атомах нашего тела и аннигилируют. Детектор улавливает гамма-фотоны, образовавшиеся при аннигиляции, и тем самым показывает, к каким частям организма особенно обильно приливает кровь. Таким путем можно отследить, например, активность разных зон мозга в реальном времени. Вполне возможно, в будущем появятся и другие полезные технологии, использующие микроскопические количества антиматерии. А вот получение энергии из аннигиляции, видимо, еще долго останется фантастикой. Хочется надеяться, к моменту появления такой техники человечество достаточно поумнеет, чтобы делать из антиматерии топливо, а не бомбы.
United States Latest News, United States Headlines
Similar News:You can also read news stories similar to this one that we have collected from other news sources.
«Цирк дебилов». В Одессе снова уничтожают русские названия улиц и площадейГраждане не понимают, зачем это делается и что будет следующим шагом в вечных переменах.
Read more »
Пловцы на Олимпиаде выходят к бассейну в пуховиках и варежках. Забавно, но так надоЗачем?
Read more »
Искусство переобувания. Иноагенты жалуются, что никому в Европе не нужныПолитолог объяснил, зачем убежавшим из России «звездам» нужна полноценная война.
Read more »
Мэнди Мур пожаловалась на третью беременность: «Самая тяжелая»Американская певица, актриса Менди Мур рассказала поклонникам, как протекает третья беременность. Звезда объяснила в личном блоге, почему считает ее самой сложной.
Read more »
Чемпионка Олимпиады устроила русофобскую провокацию во время гимна. И оказалась в психушкеСамая титулованная спортсменка в истории Чехословакии спровоцировала международный скандал.
Read more »
Бакаев в «Химках» до конца сезона. Прощается с «Зенитом»?Как и зачем это было?
Read more »