Существа, которые плавают в теплых лужах после июльского дождя. Коричневые веснушки на лице маленькой девочки. Облака в форме ветвей кедра, дыма или вишневых стеблей и косточек. Все эти вещи поразительны сами по себе. Но они становятся еще удивительнее, когда понимаешь – ничего из этого не должно существовать. Ни девочки, ни облаков, ни чего-либо еще в этом мире.
Загадка науки
Материя – это загадка, которую мы пока не можем объяснить. Стандартная модель предсказывает, что когда произошло событие, которое мы называем Большим взрывом, должно было быть создано равное количество вещества и антивещества. Это произошло бы потому, что интенсивная температура и плотность стимулировали бы появление новых частиц в соответствии со знаменитым уравнением e = mc².
Это уравнение говорит, что материя и энергия взаимозаменяемы. Поэтому можно получить массу из энергии, а энергию из массы. По словам физиков, именно свет стал атомами, из которых состоят наши миры. Эта теория получила распространение в 90-х годах, когда исследователям удалось превратить свет в вещество с помощью излучения. В ходе эксперимента были получены две частицы: вещества и антивещества.
Чтобы понять, что такое антивещество, просто представьте положительное число, а затем его отрицательный аналог. Например, атом водорода имеет аналог, известный как антиводород. Он имеет точно такую же массу. И ведет себя точно так же. Подобно тому, как -5 и 5 встречаются, чтобы произвести 0, так и частицы материи и частицы антивещества встречаются, чтобы аннигилировать и выбросить мощные потоки энергии.
После аннигиляции всех частиц Вселенная должна была быстро остыть. Вся она состояла бы только из излучения.
И все же мы существуем. Это свидетельство того факта, что у не каждой частицы была пары – античастица. Поэтому сегодня существует дисбаланс, известный как барионная асимметрия.
Нормальная материя (хотя на самом деле этот термин относительный) состоит из протонов и электронов. В антивеществе все меняется на антипротоны и позитроны соответственно.
Мощное оружие
Килограмм антивещества, столкнувшись с килограммом вещества, вызовет взрыв, в 3000 раз более мощный, чем бомбардировка Хиросимы во время Второй мировой войны. Даже один грамм антиматерии соответствовал бы по мощности ядерной бомбе. И он может дать нам достаточно энергии, чтобы запустить ракету на орбиту. Само собой разумеется, что потенциальные возможности для применения этого материала огромны.
Мы пока не можем создать антивещество в лаборатории, учитывая наши современные технологии. Потребуется в миллиард раз больше энергии, чтобы синтезировать антивещество, чем той, что мы сможем получить от него. Один грамм материи, упомянутый выше, будет стоить 25 миллиардов долларов!
CERN
Помещения ускорителя частиц CERN Antimatter заполнены постоянным гудением машин. Внутри находятся охлаждаемые металлические конструкции и бетонные блоки. Здесь происходят столкновения частиц высоких энергий. В результате возникают антипротоны, которые затем связываются с позитронами, образуя антиводород. Отдельные античастицы довольно легко создать. Но это полностью сформированные антиатомы. Они очень редки и очень востребованы.
Антиводород, производимый в этих лабораториях, удерживается магнитным полем. Поэтому он не вступает в контакт ни с каким веществом. Результатом, конечно, будет его уничтожение. В наши дни исследователи могут удерживать антивещество на месте в течение нескольких месяцев. Это позволяет получить им достаточно много информации в ходе наблюдений.
Физики надеются найти различия между веществом и антивеществом, которые могли бы объяснить барионную асимметрию. Но пока пары, похоже, действуют одинаково. Они одинаково реагируют на магнитные поля, поглощают свет на одинаковых частотах. И даже ведут себя одинаково во время знаменитого эксперимента с двумя щелями.
Странные частицы
Тем не менее исследования показали, что некоторые частицы предпочитают возникать как материя, а не как антиматерия. Хотя для подобного предпочтения нет четкой причины. Каоны (К-мезоны) хороший пример такого явления. Когда частицам предоставляется возможность стать либо каоном, либо антикаоном, они выбирают первое гораздо чаще, чем второе. Хотя шансы стать тем или иным следует разделить равномерно. Это странное поведение (нарушение CP-инвариантности)ставит под сомнение тот факт, что законы физики должны быть одинаковыми для атомов вещества и антивещества.
Спустя почти два десятилетия (каоны были открыты в 1964 году) было обнаружено, что частицы, называемые B-мезонами, также способны к подобному поведению. Эти расхождения, а также определенные условия и аспекты термодинамики, присутствующие во время Большого взрыва, могут быть ответственным за асимметрию, которую мы видим сегодня.
Поиски ответа на загадку антивещества продолжаются уже более 50 лет. Этот процесс начался в конце 1920-х годов. Тогда Пол Дирак пытался объединить квантовую механику и общую теорию относительности.
Странно представлять целые галактики, состоящие из антивещества. Это какой-то неуловимый, опасный материал. И все же это вполне возможно. Антиматерия может собираться так же, как материя, чтобы образовывать планеты, звезды и даже людей. Возможно существуют созвездия и космические тела вне нашей досягаемости, которые уничтожат нас при контакте.
Некоторые физики-теоретики верят, что эту загадку можно разгадать, исследуя неизвестные области Вселенной.
Но если бы это было так, точка, в которой материя и антивещество встретились в межгалактической среде, была бы местом выброса колоссального количества энергии. Мы не видели подобного рода событий нигде во Вселенной. Даже в небольших масштабах. Это говорит о том, что вероятнее всего 99% Вселенной состоит из обычной для нас материи.
Причина, по которой мы существуем, пока остается неизвестной нашей науке.