Антиматерия – не уроза существованию Вселенной

Все, что существует во Вселенной – начиная от простейших клеток и заканчивая звездами и галактиками – состоит из материи. Она формируется из разнообразных элементарных частиц, вроде кварков, бизонов и лептонов. Однако, существует часть частиц, которая имеет обратное значение. Условно ученые обозначили ее «антиматерией».

Частицы антиматерии считаются чуть ли не самыми опасными объектами во Вселенной. Столкнувшись с частицами материи, они способны породить настолько большой выброс энергии, что Вселенная исчезнет за считанные секунды. Много лет ученые задаются вопросом, почему этого решающего столкновения до сих пор не произошло, и не могут дать однозначного ответа. Самая распространенная точка зрения заключается в том, что частиц антиматерии намного меньше, чем материи.

Общепринятая теория The Big Bang предполагала, что вследствие этого события во вселенной появилось равное количество материи и антиматерии. Еще шестьдесят лет назад считалось, что частицы материи имеют аналоги в зеркальном пространстве антиматерии. Этот феномен назвали CP-симметрией (от анг. «сharge» — заряд и «рarity» – четность). Противоположно заряженные частицы аннигилируют. Это значит при столкновении они должны взаимно уничтожаться.

Но во второй половине прошлого века было доказано, что далеко не всегда CP-симметрия соблюдается. Именно с этим фактом сразу же связали существенный разрыв между количеством вещества и антивещества во вселенной, но сказать, что причина именно в этом достоверно невозможно.

Пристально изучать аниматерию и ее свойства в разы труднее, чем зафиксировать факт ее наличия. Стабильная субстанция антиматерии не фиксируется в естественных условиях, так как срок ее существования невероятно мал. Ученые искусственно создают ее в лаборатории, например, в Большом Адронном Коллайдере, где она способна «прожить» не более нескольких секунд.

Эмпирические исследования античастиц берут свое начало в уравнении движения электрона. Задача только тогда имела правильное решение, когда электрон был отрицательно заряжен. Физический смысл отрицательной энергии физики представить так и не смогли, но изобрели положительно заряженный электрон – античастицу под названием «позитрон». Именно ее удалось впервые экспериментально зафиксировать с помощью установки, которая реагирует на космическое излучение. Аппарат показал, что в магнитном поле некоторые частицы движутся по той же траектории, что и электроны, с тем лишь отличием, что линия их движения отклонена в противоположенную сторону.

Затем ученые начали искать симметричные пары, то есть находить в антиматерии аналоги известных частиц с зеркально противоположенным зарядом и свойствами. Так были открыты атимезон, антинейрон и антипротон. Позднее ученым удалось создать ядра антиводорода и антигелия.

Вскоре стало очевидным, что существуют исключения – частицы не имеющие анти-близнецов. Эту группу частиц назвали «истинно нейтральными». К их числу относят, например, световые фотоны и бизон Хиггса.

Появление античастицы возможно только в дуалистическом процессе, именуемом, «рождением пар». Для него необходима огромная энергия, а, следовательно, и огромная скорость движения частиц. В естественной среде античастицы рождаются вследствие столкновений космического излучения с атмосферой Земной. Так же вероятно их появление внутри крупных звезд, пульсаров или ядер галактик. Но, чтобы получить антиматерию в лаборатории, применяют ускорители-коллайдеры.

Применение антиматерии, особенно в области энергетики, – может стать одним из важнейших достижений человеческой цивилизации. В процессе аннигиляции материи и антиматерии происходит выброс высокоэнергетических фотонов. При взаимном уничтожении килограмма вещества и антивещества производится количество энергии сопоставимое с тем, которое получают при горении тридцати баррелей нефти. Чтобы полететь на Марс достаточно энергии сотни нанограмм антипротона. Есть только одна проблема: для удержания античастиц нужно еще больше исходной энергии.

Однако, наука уже сделала шаг вперед к применению античастиц на практике. Свойства античастиц лежат в основе передовой медицинской технологии – позитронно-эмиссионной томографии. Метод используют для диагностики рака, кардиологических и неврологических заболеваний.