Антиматерия давно восхищает ученых, научных фантастов и Голливуд. Вы, наверное, видели фильм «Ангелы и демоны», где группа религиозных фанатиков похищает контейнер с антиматерией из научного центра в Швейцарии, убивает Папу Римского и грозит взорвать Ватикан.

Но это просто кино. В реальной же жизни, утверждают ученые, для синтеза даже грамма этого таинственного вещества нужна вся энергия, производимая на Земле на протяжении многих веков.

Ученым удалось сгенерировать лишь миллиардные доли грамма антиматерии в CERN – уникальном центре Европейской организации ядерных исследований. Однако даже такая незначительная часть антиматерии была достаточной для создания передовых медицинских методов сканирования, известного как PET – позитронно-эмиссионная томография.

И хотя антиматерия окутана легендами и по мистичности ее можно сравнить со Святым Граалем, она имеет потенциал совершить революцию в нашем понимании Вселенной и трансформировать многочисленные отрасли.

Это новый текст ЛИГА.net : разбираем природу и потенциал антиматерии – вместе с ведущими физиками CERN, университетов Орхуса, Беркли, Миннесоты, Калифорнии, института Perimeter и Centre de Physique Théorique.

Что такое антиматерия и почему она важна

Основные строительные блоки нашей Вселенной в области физики известны как элементарные частицы. В том числе к этим частицам относятся электроны, протоны и нейтроны, вместе образующие атомы.

Земля, Солнце, вода и все мы созданы из материи. Но как насчет антиматерии? Если говорить простыми словами – это «двойник» обыкновенной материи.

Современные физики бьются над тем, чтобы хоть чуть-чуть приподнять занавес мистики, которым окружена антиматерия. И продвижение идет, но медленно.

Месяц назад, в сентябре, международная группа физиков в CERN смогла доказать, что антиматерия так же подчиняется гравитационной силе, как и материя.

Это открытие стало результатом многих лет работы и подтвердило ключевые взгляды ученых на Вселенную. Если бы оказалось, что антиматерия от гравитации поднимается, это перевернуло бы все представления о мире.

Антиматерия состоит из античастиц, являющихся практически противоположным отражением материи и имеющих ряд противоположных характеристик.

Когда материя и антиматерия сталкиваются, они аннигилируют друг друга. При этом они взрываются и высвобождают огромное количество энергии в виде фотонов гамма-излучения, грубо говоря – света.

Природу этого явления подробнее ЛИГА.net объяснил доктор Карло Ровелли.

«Если электрон встречается с антиэлектроном, они могут аннигилировать друг друга. В природе масса не сохраняется: она может исчезнуть. Но энергия сохраняется. Масса двух частиц превращается в электромагнитную энергию, а именно в излучение или свет», – сказал Ровелли.

Карло Ровелли – итальянский физик-теоретик. Он почетный приглашенный исследователь в Институте теоретической физики Perimeter (Канада).

При аннигиляции 1 кг вещества (500 г антиматерии и 500 г материи) может выделиться энергия около 25 млрд кВт-ч. Для сравнения, аналогичное количество энергии производится в Украине за два месяца.

Именно процесс аннигиляции является ключевым компонентом, который делает антиматерию интересной для ученых, поскольку это может стать высокоэффективным и компактным источником энергии.

Читайте также

Истоки антиматерии прослеживаются до Большого взрыва, породившего нашу Вселенную. Считается, что в интенсивном тепле и энергии ранней Вселенной материя и антиматерия были созданы практически в одинаковом количестве.

Частицы и античастицы рождались четно. Между количеством субатомных частиц и античастиц была мелочная разница – одна миллиардная. То есть на миллиард кварк-антикварковых пар во Вселенной приходился только один лишний кварк без пары.

Дальше Вселенная охлаждалась и расширялась, кварки и антикварки аннигилировали, а один нескомпенсированный кварк оставался. Он объединялся в протоны и нейтроны, которые и создали всю Вселенную.

Остановитесь на этом месте в тексте и задумайтесь. Залогом существования всей нашей Вселенной и нас самих было случайное исключение – один беспарный кварк на миллиард пар кварк-антикварков. В большинстве случаев ученые просто пренебрегли бы такой погрешностью.

Вот вам эффект бабочки в концентрированном состоянии.

В 1967 году эту теорию обосновал советский академик Андрей Сахаров, а в 1972 году японские ученые Макото Кобаяси и Тосихиде Маскава поняли, почему отличаются частицы и античастицы.

«Этот вопрос, известный как проблема асимметрии Бариона, является одним из больших нерешенных вопросов современной физики и побуждает к экспериментам, измеряющим фундаментальные свойства антиматерии, чтобы сравнить их с точно известными эквивалентными величинами в материи», – говорит ЛИГА.net доктор Даниэль Ходжкинсон, член исследовательской группы ALPHA в CERN.

Неожиданная разница в этих свойствах может быть ключом к тому, как научные теории, возможно, придется пересмотреть – чтобы объяснить Вселенную, где доминирует материя, говорит доктор Даниэль.

Большой адронный коллайдер и замедлитель

Один из начальных этапов создания антиматерии происходит в частности на всемирно известном Большом адронном коллайдере (LHC), расположенном в CERN, на границе Швейцарии и Франции.