Ученым удалось синтезировать молекулы позитрония — элемента, состоящего одновременно из материи и антиматерии. Открытие может быть использовано при создании термоядерных реакторов и боевых лазеров, а также для объяснения глобальной асимметрии нашей Вселенной.

Следы различных частиц и античастиц в пузырьковой камере
Результаты эксперимента могут быть использованы при создании термоядерных реакторов и даже «боевых гамма-лазеров нового поколения» — по крайней мере, так утверждают Дэвид Кэсседи и Аллен Миллс
Установка, на которой ученые получили молекулы позитрония — вакуумный контейнер и магнит, на несколько сотен миллисекунд создающий сильное магнитное поле, которое концентрирует поток позитронов

Согласно представлениям современной физики, почти каждой элементарной частице соответствует своя античастица, имеющая аналогичную массу и спин, но отличающаяся знаком некой фундаментальной физической характеристики (например, противоположным зарядом). К примеру, протону, имеющему положительный заряд, соответствует антипротон, заряженный отрицательно, в то время как парой отрицательно заряженного электрона выступает позитрон, заряженный положительно.

При столкновении друг с другом частица и античастица аннигилируют, выделяя множество высокоэнергетических гамма-квантов. Однако при определенном стечении обстоятельств электрон и позитрон могут образовать весьма необычную систему, напоминающую атом водорода — с той разницей, что роль протона, образующего положительно заряженное ядро, в нем будет играть позитрон. Отсюда происходит название этого экзотического короткоживущего элемента, состоящего одновременно и из обыкновенной материи, и из антиматерии — позитроний (Ps).

Гипотеза о возможном существовании позитрония была выдвинута еще 1946 г., а уже через пять лет экзотический элемент был обнаружен. Некоторое время спустя американский физик-теоретик Джон Уилер (John Wheeler) показал, что позитроний может образовывать двухатомные и даже трехатомные молекулы — Ps2 и Ps3. Однако вплоть до недавнего времени ученым не удавалось подтвердить это утверждение экспериментально, получив соответствующие молекулы в лаборатории.

В обыкновенных условиях атомы позитрония не могут образовывать стабильные пары из-за избыточной энергии, заставляющей их разлетаться. Однако физики Дэвид Кэсседи (David Cassidy) и Аллен Миллс (Allen Mills) сумели обойти это ограничение.

Разработанный ими процесс создания молекул позитрония выглядит следующим образом: сперва в специальной ловушке накапливается порядка 20 млн. позитронов. Из них формируется наносекундный импульс, направленный на пористую кремниевую пластину. Захваченные порами позитроны взаимодействуют с окружающими их свободными электронами, в результате чего иногда образуются атомы позитрония. Прежде чем аннигилировать эти атомы, в свою очередь, успевают образовать порядка ста тысяч молекул Ps2.

Как объясняют ученые, ключом к успеху стали кремниевые стенки пор: они поглощают избыточную энергию атомов позитрония, позволяя им объединиться, пускай и на очень недолгий срок. О том, что конечным продуктом разработанного процесса являются именно молекулы позитрония, исследователи узнали благодаря анализу спектра гамма-лучей, образующихся в результате финальной аннигиляции

По мнению многих специалистов, получение молекул позитрония имеет большое значение для фундаментальной науки. В частности, оно должно помочь физикам объяснить причину глобальной асимметрии нашей Вселенной. Действительно, хотя у любой обыкновенной частицы есть точный двойник в мире античастиц, в обозримом пространстве явно преобладает материя обычная. Спрашивается, почему?

Вообще, на антиматерию у ученых большие планы — в частности, ее можно было бы использовать в качестве топлива на межпланетных кораблях. Читайте об этом проекте: «Антиматерия в упряжке».

По сообщению News in Science