Аннигиляция «убежавших» атомов антиводорода на стенках ловушки

Спустя всего 10 лет у сюжета фантастического романа Дэна Брауна «Ангелы и демоны» была замечена реальная научная основа

ыли, 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), посчастливилось к тому же собрать полученные атомы антиводорода в хитрую ловушку – так называемую "магнитную бутылку".
В ловушку разместил "свое" антивещество и Дэн Браун. Но в значительной степени сделал ошибку в размерах. У писателя она переносная. Реальное же приспособление для хранения антиводорода весит некоторое количество тонн. И все же автор "Ангелов и демонов", в основном, предугадал научную тенденцию. Всего-то 10 лет было проведено. А кто знает, какого прогресса достигнуть физики еще через декаду? И тут дело дойдет и до переносных ловушек? И ни до считанных атомов антивещества, а до граммов?

В художественном фильме "Ангелы и демоны" ловушка антивещества была похожа на не очень большую керосиновую лампу

Ловушка была переносной

Так выглядит магнитная ловушка на поверку – она часть очень большой установки. Другими словами, штука стационарная

Схема установки, не без помощи которой посчастливилось наловить 38 атомов антиводорода
Неравенство вселенского масштаба
По теории, у каждой материальной частицы во Вселенной есть двойник – античастица. Она та 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. Другими словами, в момент рождения Вселенной – в следствии Большого Взрыва либо чего-то там еще – вещества и антивещества должно бы было образоваться поровну. Но по какой-то невероятно загадочной причине возник перекос. По-научному, его называют барионная асимметрия.
В результате непонятных пока процессов случилось стоит отметить что вещество есть – оно кругом, а антивещества не заметно. И надо в значительной степени постараться, для того, чтобы его добыть.
Причину возникновения асимметрии ищут. В том числе и не без помощи 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 уже после него.
С другой стороны, нет абсолютной решительности нет никаких сомнений в том, что вещество доминирует везде. Во всех уголках Вселенной. И быть может, где-то существуют так называемые антимиры.
Антиматериальное обеспечение
Чтобы предпринять попытку взять в толк, по каким причинам образовался именно наш материальный мир, нужно познать структуру антивещества. Посмотреть, не отличается ли оно хоть чем-нибудь. Нужно определить его свойства. Антиводород, в конце концов пойманный в ловушку, первый раз дает возможность подступиться к подобным исследованиям.
Атомы антиводорода были синтезированы в следствии взаимодействия антипротонов из деселератора и позитронов, которые излучал радиоактивный изотоп натрия. Они получились электрически нейтральными. Но слабыми магнитными свойствами все-таки обладали. Именно это 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. Практически все образовавшиеся атомы антиводорода были столь быстры и энергичны, что улетели и аннигилировали. Но 38 штук все-таки посчастливилось поймать. Они "застряли" в магнитной ловушке как будто мухи в паутине.
- У нас пока невысокая эффективность, – пошутил спикер эксперимента ALPHA Джеффри Хангст (Jeffrey Hangst) из датского Университета Орхуса (Aarhus University). – Мы производим во много раз больше антиводорода, чем можем удержать.
Антивещество продержалос в ловушке десятые доли секунды – вполне достаточно, для того, чтобы начать его исследовать. Но это – задачи ближайшего будущего.

Процесс эксперимента с антивеществом в фильме

Реальная установка ALPHA
Ничего дороже на свете нет
Антиматерия – самая дорогая субстанция на Земле. Уж очень накладно ее получать. Один грамм позитронов стоит 25 миллиардов американских долларов.
В 2002 году грамм антиводорода оценивался в 62 триллиона долларов. Ныне, в следствие совершенствования технологии, упал в цене – "идет" по 10 триллионов.
Но антивещество не только лишь баснословно дорогое, но также невероятно ценное. Ведь оно – один из лучших во Вселенной источник энергии. При аннигиляции в нее – энергию – переходит вся масса.
Взрыв при участии всего четверти грамма антивещества будет сравним с хиросимским.
Килограмм антиматерии, аннигилируя с самым обыкновенным 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 – тридцать процентов скорости световых лучей. И возможность долететь до ближайшей звезды – Альфа Центавра – за 12 лет. Не лишним будет заметить, что, туда, куда Джеймс Кэмерон разместил Пандору в художественном фильме "Аватар", в самом деле может находиться планета, пригодная для жизни. Стоит отметить как минимум, считают астрономы из Гарвард-Смитсонианского астрофизического центра.
У Дэна Брауна в "Ангелах и Демонах" украденная ловушка включала в себя четверть грамма антивещества. Пока, к сожалению, наработать такое количество нереально. При нынешних технологиях понадобятся миллионы лет.
Но дело, однако, не безнадежное. Как минимум 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, с помощью взаимодействия космических лучей с облаками газов сами по себе образуются приблизительно по 4 тонны антипротонов в год.
В экспериментах ALPHA участвуют научные работники из Дании, США, Канады, Израиля, Японии и Великобритании. Как не прискорбно, российские исследователи не принимают участие. Однако в экспериментах на БАКе задействованы активно.
ВПЕЧАТЛЕНИЕ СПЕЦИАЛИСТА ОТ ЭКСПЕРИМЕНТОВ В ЦЕРНе
Академик РАН Виктор МАТВЕЕВ:
- Вслед за Эйнштейном у меня есть возможность повторить его известный афоризм «Господь Бог не играет в кости!». В природе нет случайностей, она управляется по строго определенным законам. В следствии этого волей-неволей напрашиваются совсем ненаучные выводы. Так вот, кто-то уже с самого начала придумал законы, которые мы открываем, смоделировал мир, который мы пытаемся познать, и загрузил наш мозг всей необходимой информацией, как компьютер – программами, для того, 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)