Долгое время антиматерии: 172 миллисекунды

Как известно, антивещество — самая дорогая субстанция на планете, производство его столь сложно и требует таких затрат, что никакой драгоценный бриллиант не сравнится по итоговой стоимости с крохами антивещества, которое ученым иногда удается выработать. Не говоря уж о необходимости как-то поддерживать его существование, ведь при первом же контакте с обычным веществом антивещество аннигилирует.

К примеру, антиводород — систему, состоящую из антипротона и позитрона — впервые удалось получить в середине 1990-х в расположенном в Швейцарии центре ядерной физики CERN. Здесь же, уже в начале 2000-х, он был синтезирован в достаточно приличных количествах (порядка десятков миллионов атомов), но все равно время существования его было неприятно кратким. Спустя какие-то микросекунды все с таким трудом полученное антивещество исчезало во вспышке гамма-излучения, оставляя ученым крайне ограниченный срок на проведение каких-либо экспериментов и изучение его свойств.

Однако на днях большая группа ученых, работающих в том же CERN’е, на эксперименте ALPHA, рапортовала о том, что удалось получить 38 атомов антиводорода — и поддерживать их стабильность в течение более чем 0,1 секунды!

Над методами получения антиводорода пришлось потрудиться не один год. На установке эксперимента ALPHA сперва вырабатываются антипротоны, которые под действием приложенного магнитного поля концентрируются в небольшой, размерами меньше спички (20х1,4 мм), области, и затем «подталкиваются» ко второму облаку, состоящему из позитронов. Взаимодействуя друг с другом, антипротоны и позитроны образуют атомы антиводорода. Весь процесс протекает в «коконе» магнитного поля и в глубочайшем вакууме, чтобы не дать антивеществу взаимодействовать с веществом как можно дольше.

Казалось бы, как вообще можно удерживать антиводород (как и водород) в магнитном поле — ведь это электрически нейтральная частица, заряд антипротона в которой уравновешен зарядом позитрона? Однако антиводород обладает крохотным магнитным моментом, который при использовании достаточно мощных сверхпроводниковых электромагнитов и минимальной температуре (всего на 0,5 градусов выше абсолютного нуля) оказывается достаточным для того, чтобы с его помощью манипулировать атомом.

Пока что антиводород удается удерживать от взаимодействия с материей в течение 172 мс. Конечно, широкие массы этой цифрой вряд ли удивишь, но для специалистов она открывает совершенно новые горизонты. Ведь этого уже вполне достаточно для того, чтобы успеть провести непосредственные исследования свойств и характеристик антивещества.

Для начала, конечно, всех интересует проведение экспериментов по проверке СРТ-инвариантности, т. е. теоретически предсказанной полной неизменности физических законов при одновременной инверсии заряда, времени и четности. Упрощенно говоря, теория позволяет описать позитрон, как электрон, движущийся назад во времени. А если позитрон будет двигаться назад во времени, то от электрона он вообще не будет отличаться ничем. Эти выкладки считаются давно доказанными в теории, но на практике возможность их протестировать появилась лишь теперь.

И возможность эта будоражит воображение, ведь любые различия между антиводородом и водородом — скажем, в их оптическом спектре — которые выходят за рамки СРТ-инвариантности, нанесут серьезнейший удар по целому зданию теоретических построений современной физики. Но возможно, они же и объяснят известную проблему «асимметрии» Вселенной — т. е. того, отчего в ней антиматерии практически нет, зато обычной материи — полно.

Читайте также: «Война частиц и античастиц».

По пресс-релизам CERN и UC Berkeley