Виктор де Касто - PRO Антиматерию

Возможно, до 1995 года в истории нашей Вселенной не существовало ни одного атома антиматерии. Когда позитроны или антипротоны в космических лучах встречаются друг с другом, они двигаются так быстро, что скорее продолжают путь своими отдельными путями, а не задерживаются где-то, чтобы соединиться в атомы. В 1995 году все изменилось – именно в тот год команда ученых из ЦЕРН получила первую партию атомов антиводорода.

Антипротоны, которые циркулировали в Антипротонном кольце низкой энергии, встречались с атомными ядрами тяжелого элемента. Любые антипротоны, которые проходили достаточно близко, могли и создать пару электрон-позитрон, и выжить сами. В редких случаях антипротон связывался с позитроном и получался атом антиводорода.

ЦЕРН сделала заявление о получении девяти антиатомов в начале 1996 года, и новость облетела весь мир. Об этом писали газеты, говорили по радио и телевидению. Однако антиатомы существовали очень недолго, и это означало, что их нельзя использовать для дальнейших исследований. Достижением было то, что их вообще удалось получить, хотя жили они какую-то долю секунды перед тем, как быть уничтоженными окружающей материей.

Антипротонное кольцо низкой энергии прекратило работать в 1996 году, и его заменила машина, предназначенная для производства, а затем замедления движения античастиц с целью производства антиматерии. Эту машину назвали «Антипротонный деселератор» (или замедлитель), в нем магниты направляли антипротоны, а мощные электрические поля замедляли их до относительно низкой скорости, примерно 10 % скорости света. Фактически Антипротонный деселератор – это реинкарнация Антипротонного аккумулятора (накопителя), который мы описывали выше. В нем только существенно улучшили вакуумную систему и добавили охлаждающий механизм, который ранее использовался в Антипротонном кольце.

Из каждой партии антипротонов, которые поступают из Антипротонного деселератора, во время эксперимента под названием ATHENA (сокращение от английского «Антиводородный аппарат» – AnTiHydrogEN Apparatus) улавливалось примерно 10 000 антипротонов в магнитном бункере, где их движение еще более замедлялось, до нескольких миллионных скорости света. Следующий этап – их смешение с 75 миллионами «холодных» позитронов, которые собираются в результате распада радиоактивных изотопов, улавливаемых во второй ловушке. Наконец, позитроны и антипротоны переводятся в третью, «смешивающую» ловушку. И именно здесь формируются «холодные» атомы антиводорода.

Откуда известно, что экспериментаторы, работающие в проекте ATHENA, добились успеха? Когда позитрон и антипротон соединяются для формирования нейтрального атома антиводорода, он сбегает из ловушки электромагнитных полей. Затем антиатом ударяется обо что-то в окружающем пространстве, позитрон и антипротон аннигилируются по отдельности с электроном и протоном соответственно. Бесспорное доказательство существования антиводорода получается как раз благодаря обнаружению и улавливанию этой одновременной аннигиляции антипротона и позитрона.

В 2002 году об Антипротонном Деселераторе заговорили снова после того, как в результате еще одного эксперимента под названием ATRP (а-ловушка) впервые удалось получить десятки тысяч атомов антиводорода. Этого количества достаточно, чтобы ученые смогли приступить к изучению газа из антиматерии. Экспериментаторы, участники проекта ATHENA, увидели первые четкие сигналы, свидетельствующие о существовании антиводорода, в августе 2002 года – как раз когда праздновалось 100 лет со дня рождения Поля Дирака. Через месяц участники проекта ATRAP объявили о том, что впервые заглянули внутрь антиатома. В 2011 году было объявлено, что участники эксперимента ALPHAA смогли семь раз сохранять антиатомы на протяжении 1000 секунд. Если удастся сохранять большее количество антиатомов большее количество времени, то это откроет возможности для измерений свойств антиводорода. Ученые надеются, что в конце концов станет возможно сравнить, как водород и антиводород ведут себя в электромагнитных и гравитационных полях. Любое различие между материей и антиматерией, независимо от того, насколько оно мало, будет иметь глубокие последствия для нашего понимания природы и Вселенной. Однако потребуется произвести гораздо большие количества антиатомов – в миллиарды раз большие – и также научиться их хранить, если мы хотим получать полезную энергию из антиматерии и воплотить в жизнь мечты о космических путешествиях. Лучшей фабрикой антиматерии на нашей планете в настоящее время является Антипротонный деселератор.