Антиматерия: что это, где находится, история изучения, теоретическое обоснование

Антиматерия — вещество, состоящее из античастиц, аналогичных протонам, нейтронам и электронам, но с противоположным знаком. Ядра сложены из антипротонов и антинейтронов, оболочки — из позитронов. В природе самостоятельно не образуется.

Свойства антиматерии зеркальны тем, которыми обладает обычное вещество, вследствие несохранения четности в слабых взаимодействиях.

Существование антиматерии теоретически обосновал английский физик-теоретик Поль Дирак. Но экспериментального подтверждения не было, пока Карл Андерсон, сотрудник лаборатории Роберта Милликена, не заметил необычные треки в туманной камере и опубликовал статью о странном явлении. Ученый мир ее проигнорировал, но Андерсон не сдался и продолжил эксперименты. Он доказал реальность позитрона Дирака, за что и получил в 1936 году Нобелевскую премию.

Где находится антиматерия во Вселенной

Согласно квантовой теории, выросшей из уравнений Дирака, при столкновении атомов вещества и антиматерии они аннигилируют, то есть взаимоуничтожаются с выделением фотона. Вероятность образования частиц с противоположными зарядами одинакова. Тем не менее ни в нашей галактике Млечный путь, ни во Вселенной вообще не наблюдается скоплений антиматерии. Она замечена только в виде позитронов в космических лучах. Причина этой асимметрии — нерешенная пока что проблема современной физики. Возможно, в пространстве и существуют области, целиком состоящие из антивещества, но это не доказано.

Получение антиматерии

В 1965 году американский физик Леон Ледерман впервые наблюдал образование ядер антидейтерия. В 1970–1974 годах на ускорителе в Серпухове получили ядра антитрития и антигелия. Наконец, в 2001 году в ЦЕРНе синтезировали полноценный атом антиводорода из антипротона и позитрона. Десять лет ушло на то, чтобы «поймать» 38 частиц антивещества на 172 миллисекунды в ловушку из статического магнитного и переменного электромагнитного полей.

В 2011 году еще 309 антипротонов удержали на 1000 секунд. Есть вероятность, что антиматерия обладает и антигравитацией, но для проверки этой теории необходима значительно большая масса. В 2015–2016 годах экспериментально доказаны полная идентичность структур и неразличимость спектров вещества и антиматерии.

Сколько стоит антиматерия

По оценкам 2006 года, получение одного миллиграмма позитронов обошлось бы в $25 млн. А стоимость грамма антиводорода составит $62,5 трлн. Неудивительно, что антивещество считается самой дорогой субстанцией в мире. Но до его синтеза в таких количествах очень далеко.

Энергия аннигиляции

Теория предсказывает, что при взаимодействии одного килограмма вещества и антиматерии произойдет взрыв с тротиловым эквивалентом 42,96 мегатонн. Для сравнения: водородная «Царь-бомба» массой 26,5 тонны высвободила энергию 57 мегатонн тротила.

Практическое применение антиматерии

В аппаратах для позитронно-эмиссионной компьютерной топографии (ПЭТ КТ) используются изотопы, закрепленные на молекулах глюкозы и способные испускать позитроны. Они вводятся в кровь, распадаются, аннигилируют со встречными электронами, генерируя слабое гамма-излучение. На его основе формируется компьютерное изображение с хорошо заметными новообразованиями.

В рамках ЦЕРН развивается проект лечения онкологических заболеваний антипротонами. Технология уже доказала эффективность на грызунах, но до испытаний на людях дело еще не дошло.

Антиматерия в медиапространстве

Писатели-фантасты регулярно вводят антивещество в сюжеты своих произведений. На этом топливе летел к Венере космолет «Хиус» в «Стране багровых туч», ранней повести братьев Стругацких. Но громче всех, пожалуй, прозвучал триллер Дэна Брауна «Ангелы и демоны». Террористы-иллюминаты похищают из ЦЕРНа контейнер с каплей антивещества, способной уничтожить Ватикан и Рим. ЦЕРН даже известил на своем сайте, что все события книги чистый вымысел и, с точки зрения современной физики, невозможны.

Не осталась в стороне и киноиндустрия. Фильм «Антиматерия» 2016 года повествует о сотруднице Стэнфордского университета, работавшей над проблемой перемещения в пространстве сквозь «червоточины». Эксперимент удается, девушка попадает в антимир и ищет путь назад.

Любители рока ценят творчество российской группы «Антиматерия». С 2007 года она исполняет музыку в смешанном стиле из пост-панка, дарквэйва и электроник-рока.