Виктор де Касто - PRO Антиматерию

Позитрон вылетает из атома и живет столько, сколько ему удается избегать встречи с электроном. Поскольку наш мир состоит из атомов, все из которых включают электроны, позитрон вскоре сталкивается с каким-то электроном, и они оба исчезают во вспышке гамма-лучей, которая происходит за пределами видимого нами спектра. Однако есть специальная аппаратура, способная увидеть эти лучи. Например, они используются в медицине при проведении позитронно-эмиссионной томографии (или ПЭТ), о которой мы расскажем ниже. То есть если антиматерия в целом является разрушителем, в случае ее обуздания и управления ею она может парадоксально спасать жизни.

Наблюдение позитрона в камере Вильсона, помещенной в магнитное поле. Изучив ионизацию, длину траектории и радиус кривизны, Андерсон пришел к выводу, что обнаруженная им частица имеет массу электрона, но заряжена положительно

Если говорить о больших масштабах, то можно сказать, что природа создает позитроны в самом сердце нашего Солнца. Солнечный свет, который мы видим сегодня, – это частично результат работы позитронов, которые были созданы в центре Солнца примерно 100 000 лет назад и практически сразу же аннигилированы.

Солнце по большей части – это водород, простейший элемент. В центре температура превышает 10 миллионов градусов, атомы водорода распадаются на составляющие части, электроны и протоны, которые вращаются и роятся независимо друг от друга и в беспорядке, протоны время от времени сталкиваются, а после ряда процессов соединяются, в конце концов получается гелий, следующий простейший элемент. Гелий – это пепел от реакции ядерного синтеза, масса у него меньше, чем у протонов, которые использовались для его создания. Потеря массы превращается в энергию, которая в конечном счете является энергией, выходящей в виде солнечного света. Причем здесь позитроны? Ядро гелия содержит два протона и два нейтрона. При подходящих обстоятельствах протон может измениться в нейтрон и выпустить энергию, часть из которой материализуется как позитрон. Это подобно тому, что происходит в позитронно-эмиссионных аппаратах, используемых в земной медицине.

Позитрон оказывается в центре Солнца, где много электронов, и мгновенно уничтожается, превращаясь в гамма-лучи. Эти лучи пытаются уйти прочь со скоростью света, но им мешают многочисленные заряженные частицы, электроны и протоны, из которых состоит звезда. Эти гамма-лучи получают удары с одной и другой стороны, их снова и снова поглощают электроны; затем они эмитируются с меньшим количеством энергии, чем в предыдущий раз, и этим гамма-лучам требуется сто тысяч лет для достижения поверхности Земли. За это время лучи теряют много энергии и меняются, превращаясь из рентгеновских в ультрафиолетовые и наконец приобретают цвета, видимые нашему глазу. Таким образом получается, что дневной свет – это результат производства антиматерии в центре Солнца и частично ее аннигиляции.

Это не история из прошлого антиматерии, процесс производства позитронов на Солнце идет дальше, и идет именно в мгновение, когда вы читаете эту строку, а аннигиляция происходит быстрее, чем вы успеете дочитать предложение до конца. Гамма-лучи, которые получились минуту назад, уже пробираются наверх из центра звезды, чтобы в конце концов выйти на поверхность и осветить Землю через тысячу столетий.

Как мы увидим дальше, антиматерия в форме позитронов встречается чаще, чем подозревают многие. Она используется в медицине, науке, есть много технологий, в которых она участвует. Она сконцентрирована в лучах, направляемых электрическими и магнитными полями, эти лучи ударяются в материю, в результате получается вспышка энергии, которая воспроизводит в малом масштабе условия, которые имели место во всей Вселенной в первый момент после Большого взрыва. Так что антиматерия еще и позволяет нам узнать, что происходило в самом начале – как шло сотворение мира.

Если бы вам каким-то образом удалось увидеть кусок антиматерии, то вы бы не поняли, что это. Внешне антиматерия никак не отличается от материи, но способность уничтожать все, к чему она прикасается, делает ее настоящим «внутренним врагом». Так что же это? Мы говорим, что это – противоположность материи, но что в ней «противоположного»? Что дает антиматерии силу уничтожать все, с чем она вступает в контакт, даже очень краткосрочный?