Революция в физике: Антиматерия впервые транспортируется на километры

Антиматерия – эта таинственная субстанция Вселенной, которая одновременно вдохновляет воображение и вызывает опасения у многих людей. Теперь ее впервые предстоит транспортировать по дорогам общего пользования.

Внимание, едет антиматерия! Впервые в истории человечества античастицы были перевезены по дороге. Цель эксперимента – доказать саму возможность такой транспортировки и гарантировать, что частицы останутся в предназначенном для них контейнере. «Мы вступаем на абсолютно неизведанную территорию, – заявляют физики Штефан Ульмер и Кристиан Сморра из Дюссельдорфского университета, которые исследуют основы Вселенной в Европейском центре ядерных исследований ЦЕРН в Женеве. – Ничего подобного раньше не предпринималось».

От 100 до 1000 антипротонов отправятся в путь длиной пять километров, исключительно по территории ЦЕРН. В случае успешного завершения этого пробного рейса, материал планируется доставлять грузовиками в исследовательские лаборатории в Дюссельдорфе, Ганновере и Гейдельберге. Значение этого события огромно: ЦЕРН – единственное место в мире, где возможно хранение антипротонов. «Если удастся транспортировать частицы антиматерии и исследовать их независимо от места производства, это откроет совершенно новые горизонты для исследований», – говорит Ульрих Хуземанн, директор по физике частиц в исследовательском центре DESY в Гамбурге, не участвующий непосредственно в этом эксперименте. Конечная цель – лучше понять фундаментальные законы Вселенной и нашего существования.

Всемирный бестселлер создал мрачные видения

Американский писатель Дэн Браун своим мировым бестселлером «Ангелы и демоны» (оригинальное название "Illuminati") и Голливуд создали ужасающие сценарии с антиматерией, которые вызвали страх у многих людей. Браун описал гонку со временем, чтобы обезвредить антиматериевую бомбу, созданную из материала ЦЕРН, которая угрожала взорвать Ватикан.

То, что Браун создал в своей фантазии, по мнению экспертов, в реальности совершенно невозможно: для создания бомбы с разрушительной силой атомной бомбы Хиросимы, используя современные технологии, потребовалось бы 75 миллиардов лет и огромные энергетические затраты для производства необходимых 0,5 грамма антиматерии, как поясняет Ульмер.

Предстоящая транспортировка касается количества, перед которым стоит 24 нуля после запятой. «Фантазии об опасностях, подобные тем, что демонстрируются в голливудских фильмах, не имеют научного обоснования», – утверждает Хуземанн.

Самый дорогой материал в мире

С 1986 года в ЦЕРН – где имитируется Большой взрыв, то есть начало Вселенной, – удается замедлять произведенные частицы антиматерии настолько, чтобы их можно было хранить. Энергетические затраты делают антиматерию самым дорогим материалом в мире, поэтому производятся лишь микроскопические количества. По словам Ульмера, один грамм антипротонов стоил бы несколько квадриллионов долларов США. Для точных измерений в ловушках для частиц требуется всего несколько частиц. «За год измерений мы использовали всего три антипротона», – говорит Ульмер.

Антиматерия, вероятно, кажется многим людям пугающей, прежде всего потому, что она является своего рода зеркальной версией материи: при контакте они взаимно уничтожаются. «Когда антипротон сталкивается с протоном, ничего не остается, они аннигилируют, превращаясь во вспышки света», – объясняет Ульмер. Однако люди и вся Вселенная состоят из протонов, из материи в целом. Разве антиматерия в таком случае не представляет огромную опасность?

Загадка: Почему существуют человек и Вселенная?

Дело в том, что хотя во Вселенной и существуют античастицы, они чрезвычайно редки. Почему существует гигантский избыток материи, является одним из важнейших вопросов физики элементарных частиц. Согласно существующим физическим представлениям, при Большом взрыве должно было образоваться равное количество материи и антиматерии. Почему же все не аннигилировало во вспышках света? «Наше существование противоречит Стандартной модели физики элементарных частиц», – говорит Ульмер.

Эту загадку физики стремятся разгадать. Неужели материя и антиматерия, помимо противоположного заряда, все же не идентичны? Существующие методы измерений до сих пор не выявили никаких различий. Поэтому сейчас строятся лаборатории, способные измерять в 1000 раз точнее, чем в ЦЕРН, где ускорители частиц создают сильные так называемые флуктуации магнитного поля, которые мешают измерениям.

«Никакой опасности для людей»

Для транспортировки Сморра, Ульмер и их команда разработали своего рода электромагнитный контейнер, так называемую ловушку Пеннинга. «Сама ловушка выглядит как стопка колец для пальцев», – объясняет Сморра. Внутренний диаметр около одного сантиметра, длина около трех сантиметров. К ней прилагается сверхпроводящий магнит, в котором частицы колеблются при температуре минус 268 градусов Цельсия в глубоком вакууме. В целом контейнер весит около 800 килограммов, поэтому для его перевозки требуется грузовик.

Физики могут в режиме реального времени отслеживать с помощью приборов, остаются ли частицы в ловушке Пеннинга во время поездки. Неблагоприятными факторами были бы столкновение или глубокая выбоина: при слишком сильных колебаниях частицы могут вырваться. Однако, по мнению экспертов, это не будет представлять опасности для окружающей среды.

Взаимная аннигиляция материи и антиматерии произошла бы в такой минимальной области, что это было бы едва измеримо, не говоря уже о видимости, объясняет Ульмер. Хуземанн подчеркивает: «Из-за минимального количества антиматериальных частиц эта транспортировка не представляет никакой опасности для людей, стоящих на дороге».

Если все пойдет хорошо, первая транспортировка по автомагистрали из Женевы в Дюссельдорф – около 780 километров – возможно, состоится в 2029 году.