Виктор де Касто - PRO Антиматерию

Большой электрон-позитронный коллайдер – крупнейший инструмент для научных работ конца ХХ века. Именно в нем регулярно получали и удерживали антиматерию, а потом происходила ее аннигиляция

Эксперименты на Большом электрон-позитронном коллайдере дали возможность всесторонне изучить бозоны и позволили показать, что слабое и электромагнитное взаимодействия имеют сходную природу и могут быть объединены в рамках одного взаимодействия – электрослабого.

Электроны производили, отделяя от атомов, а затем их движение ускорялось в небольшом ускорителе. Позитроны получали, выстреливая электронным пучком по небольшой вольфрамовой цели, благодаря энергии столкновений получались позитроны и новые электроны. Позитроны хранили в накопительном кольце, которое по сути напоминало более раннее изобретение Симона Ван дер Меера, которое хорошо сработало для хранения антипротонов (о нем мы расскажем ниже). Когда позитронов накапливалось достаточно, их направляли в серию ускорителей, которые увеличивали их энергию, пока они не начинали двигаться достаточно быстро, чтобы войти в основное кольцо Большого электрон-позитронного коллайдера. Там они путешествовали по трубкам между магнитами. Это была самая длинная вакуумная система из когда-либо построенных. Внутри трубок давление снижалось до меньшего уровня, чем давление на Луне. Ведь после таких усилий, приложенных для производства, сохранения и фокусировки пучков позитронов, очень важным было качество вакуума, чтобы позитроны не разрушились случайными атомами воздуха.

Магнитные поля направляли электроны и позитроны по тем же круговым «тропам», но в противоположных направлениях. Если эти тропы нигде не соединяются друг с другом, все идет хорошо. Но в четырех точках небольшие импульсы электрических и магнитных полей слегка отклоняли пучки таким образом, что их пути пересекались. Даже в этих точках пучки были такие диффузные, что почти все отдельные электроны и позитроны не сталкивались друг с другом и продолжали циркулировать. Однако время от времени происходило столкновение позитрона и электрона, что вело к их взаимной аннигиляции и выбросу энергии.

Это было ключевым моментом. Способность антиматерии уничтожать материю и высвобождать всю ее энергию использовалась здесь наукой для воссоздания, пусть и на одно короткое мгновение и на крошечном участке пространства, того, что представляла собой Вселенная в целом в первые мгновения после Большого взрыва. Ученых интересовало, что было дальше. Они наблюдали за тем, какие формы частиц и античастиц вышли после этого моделирования, «малого взрыва», и узнали, как энергия впервые была преобразована в вещество во время настоящего Большого взрыва. Использовалась очень сложная электроника, которая была установлена везде, где могли произойти столкновения. Она улавливала и записывала появление этих первобытных образцов материи и антиматерии. В Большом электрон-позитронном коллайдере снова и снова повторялось давнее сотворение мира.

И все это было результатом способности производить и управлять пучками позитронов, которые выживали продолжительное время. Для работы аппаратуры требовалась такая точность, что оказалось, что на работу Большого электрон-позитронного коллайдера влияет движение Луны. Энергия разгоняемых частиц также зависела и от ряда других неожиданных факторов: уровня воды в Женевском озере и прибытия поездов на вокзал в Женеве. Ученые связали такую зависимость с деформациями кольца ускорителя, вызываемыми этими факторами. Но вначале они заметили, что в некоторые дни электроны и позитроны появляются чуть раньше, в другие разы они появлялись чуть позже в тех местах, где должно было происходить их взаимное уничтожение. Разница составляла меньше наносекунды, но Большой электрон-позитронный коллайдер смог ее уловить. То есть сначала они появлялись раньше, потом позже, а затем снова раньше – и для этого требовался цикл из двадцати восьми дней. И точно определив продолжительность цикла, ученые поняли, что машина, обладающая невероятной точностью, поразительно чувствительна. 28-дневный лунный цикл, который влияет на приливы и отливы, на океаны и моря, также влияет и на камни на поверхности Земли, хотя и в очень незначительном количестве. То есть все 27 километров Большого электрон-позитронного коллайдера расширялись и сужались на несколько миллиметров каждый месяц, так что в некоторые дни пучкам приходилось путешествовать чуть дольше, а через две недели их путь становился чуть короче. Не будем подробно рассматривать влияние поездов, прибывающих на Женевский вокзал, на работу коллайдера в этой книге, но оно тоже было отмечено!