Тайна антивещества. В начале была антиматерия? (2 фото + 1 видео)

С начала времен

Антиматерия впервые привлекла внимание исследователей в 1928 году, когда британский физик Пол Дирак (Paul Dirac) искал решения для уравнения, описывающего движение электрона, перемещающегося со скоростью света.

Как уравнение x ^ 2 = 4 может иметь два возможных решения (x = 2 или x = −2), так и уравнение Дирака может иметь два решения: одно для электрона с положительной энергией и одно для электрона с отрицательной энергией.

Дирак понял, что отрицательно заряженный электрон должен иметь противоположного партнера с положительным зарядом. Эти положительные электроны, или позитроны, были обнаружены несколько лет спустя физиком Карлом Андерсоном (Carl Anderson) из Калифорнийского технологического института (California Institute of Technology), который изучал высокоэнергетические космические лучи из космоса, которые попадая в атмосферу Земли, создают поток других частиц. Андерсон увидел в своем детекторе частиц что-то такое же, что и электрон, но с положительным зарядом.

Дирак был удостоен Нобелевской премии по физике в 1933 году за свое открытие; Исследования Андерсона принесли ему награду в 1936 году. В своей вступительной речи Дирак высказал предположение, что, возможно, Земля состоит из простой материи, но во Вселенной могут скрываться звезды из антиматерии.

Но пока что направляющие свои телескопы в космос астрономы не видят ни звезд из антивещества, ни больших скоплений антивещества нигде во Вселенной. Причину этого недостатка и тот факт, что Вселенная, по-видимому, состоит целиком из частиц, а не античастиц, в одном исследовании 2012 года назвали «одной из величайших загадок физики».

Неразрешимая тайна

Еще более озадачило ученых то, что после того, как в 2018 году они сделали наиболее точное измерение антивещества на сегодняшний день и обнаружили, что антивещество и вещество ведут себя практически одинаково. Это открытие предполагает, что частицы и их противоположности должны были быть созданы в равных количествах в начале вселенной. Но тогда то, что материя преобладает над антивеществом, еще труднее объяснить.

Исследователи усердно ищут фактор, который объясняет доминирование вещества над антивеществом в нашем космосе. Расчеты показывают, что сразу после Большого взрыва, когда частицы и античастицы уничтожали друг друга, в их количественном соотношении наблюдался небольшой дисбаланс. «Выжившие» обычные частицы составили менее одной на каждый миллиард и продолжили формировать всю материю вокруг нас сегодня. Но почему возник этот дисбаланс?

Ученые всего мира работают над тем, чтобы выяснить, действует ли нейтрино как своя собственная античастица, что позволило бы небольшой части нейтрино перейти от антивещества к материи в начале Вселенной. В этом случае небольшой материальный дисбаланс существовал бы в то время.

Антиматерия была создана и поддерживается пока в небольших количествах в лабораториях физики элементарных частиц. Некоторые исследовательские группы зашли так далеко, что создали антипротоны и даже транспортировали их в фургоне, чтобы доставить их физикам в ЦЕРНе для исследований.

Некоторые люди, например, поклонники книги Дэна Брауна «Ангелы и демоны», в которой рассказывается о заговоре с целью взорвать Ватикан с использованием антивещества, часто высказывают беспокойство о подобных экспериментах. Но для беспокойства пока нет оснований: если бы ученые CERN взяли все созданное ими антивещество и аннигилировало его с веществом, у них едва хватило бы энергии, чтобы заставить одну электрическую лампочку светиться в течение нескольких минут. Так, по крайней мере, заявляется на сайте лаборатории CERN.