В начале 1960-х годов эта всепроникающая Симметрия лежала в основе современной физики, описывавшей акт сотворения Вселенной — Большой Взрыв. В это мгновение, когда Ничто превратилось в Нечто, родился в высшей степени симметричный объект. Вещества в нем было столько же, сколько и антивещества.
Английский физик Поль Дирак (вверху) предсказал существование антивещества, а его американский коллега Карл Андерсон обнаружил в космическом излучении позитрон, то есть положительно заряженный электрон
Однако эта же модель немедленно полагала предел мирозданию. Частицы встречались с античастицами, вещество с антивеществом — и аннигилировали, аннигилировали… Лишь гамма-вспышки проносились по вмиг опустевшему Космосу.
Итак, едва родилась подобная абсолютно симметричная модель мироздания, на нее не могли не обрушиться вопросы, вспыхивавшие как молнии… как молнии, порождаемые аннигиляцией.
Почему же в первые микросекунды после Большого Взрыва все частицы не уничтожились, встретившись со своими античастицами? Почему существует этот — такой реальный, такой зримый — мир, сложенный из элементарных частиц? Где затерялись их двойники, грозившие, о да… всему этому шару земному?
Божественный план с визой от академика Сахарова
Однако в нашей Вселенной изначально был изъян. По какой-то причине Великая Симметрия, рождающая и стирающая миры, как мимолетные облачка, нарушилась. Законы природы для частиц и античастиц стали разниться. Количество вещества несколько превысило запасы антивещества. И после вселенского фейерверка, выжегшего, возможно, почти все антивещество, остался результат нарушения Симметрии — звезды, галактики, мы.
По общепринятому теперь сценарию (его творцом является великий «антиученый» Советского Союза, человек, несовместимый со сложившейся к 1970-м годам в СССР общественной системой, как несовместимы, к примеру, протоны и антипротоны, А.Д. Сахаров), всего через миллионную долю секунды после Большого Взрыва почти все вещество в нашем мироздании (99,99999999 процента), аннигилировало, соприкоснувшись с антивеществом. История сотворения Вселенной началась с истории ее разрушения.
Этот космический «судный миг», этот «праздник уничтожения», пережили, по некоторым оценкам, всего по одной элементарной частице из каждых 30 миллиардов. Все это — незримые семена, из которых пророс наш — такой необъятный — мир. Из этой горстки частиц соткана даль мироздания с ее звездами, планетами и гигантскими галактическими скоплениями. Из крох, уцелевших в Микрокосме, возведен величественный Макрокосм.
Итак, мы обязаны своим существованием нарушению симметрии, этому дефекту законов природы? В Божественный план, по которому создавался космос, изначально вкралась ошибка? Мир должен быть рожден, как рождаются в вакууме виртуальные пары частиц и античастиц, — рождаются, чтобы сразу исчезнуть? Здесь это правило не сработало, и вакуум потеснен нагромождением масс, простертым до горизонта и далее?
Но если наш мир обязан своим существованием асимметрии, то где именно она вкралась в скрижали законов природы? Почему череда частиц оказалась протяженнее когорты античастиц? Почему одних много, других мало?
Чтобы ответить на эти вопросы, исследователи CERN не так давно сравнили массу протонов и антипротонов — частиц, которые не существуют со времен Большого Взрыва. По всем физическим законам, масса тех и других должна быть одинакова. В противном случае пришлось бы говорить о нарушении Стандартной модели физики.
В самом деле, массы протонов и антипротонов совпали, по крайней мере, вплоть до десятого знака после запятой. Итак, симметрия соблюдена? Предположительно. Исследования будут продолжены в ближайшие годы. Пошатнут ли они привычную теорию? Поколеблют ли полувековой фундамент физики?
Другой любопытный эксперимент, длившийся несколько лет (1999 — 2004), был проведен в США, на Стэнфордском ускорителе. Здесь удалось доказать, что при распаде В-мезонов и их античастиц, анти-В-мезонов, действительно, нарушается симметрия.
В США, на Стэнфордском ускорителе, в течение нескольких лет исследовали процесс распада В-мезонов
В общей сложности ученые наблюдали 200 миллионов случаев распада мезонов. В 910 случаях В-мезоны распадались на каон и пион, а вот анти-В-мезоны распадались подобным образом лишь 696 раз. Если бы вещество и антивещество были абсолютно симметричны, то показатели распада частиц и античастиц были бы примерно одинаковы.
Возьмите в Космос «кусочек сахара»!
Для экспериментов нужно антивещество. По оценке НАСА, стоимость одной миллиардной доли его грамма достигает сейчас примерно шести миллиардов долларов. Получить наяву эти призрачные частицы, не способные прижиться в Космосе, можно лишь с помощью гигантских ускорителей, разгоняя до невероятных скоростей и сталкивая друг с другом частицы нормального вещества.
Производство антивещества пока в высшей степени не эффективно. Сперва нужно затратить огромное количество энергии, чтобы затем — когда-нибудь — использовать энергию, таящуюся в антивеществе.
Да и много ли ее «таится» в современных лабораториях? Сейчас в магнитных ловушках крупнейших ускорителей мира можно удержать до миллиона античастиц. Этого достаточно для научных целей, но никак не для нужд военного ведомства или атак вымышленных террористов. И вообще, нельзя используемыми ныне методами накопить более ста миллиардов антипротонов — уж слишком велики силы отталкивания их и электронов.
Чтобы наладить производство антивещества, нужно накапливать не антипротоны, а антиатомы — электрически нейтральные образования. Перспективнее всего, говорят физики, наладить производство антиводорода, поскольку мы располагаем запасами водорода почти в неограниченном количестве.
В лабораторных экспериментах ученым уже удавалось изготавливать атомы антиводорода, в которых вокруг отрицательно заряженного ядра обращается позитрон. Однако они возникают всего на 30 миллиардных долей секунды и думать об их конденсации в виде капель или кристаллов пока рановато.
Впрочем, когда-то, в канун Второй мировой войны, и обогащенный уран был едва ли не такой же экзотикой, как в наши дни антивещество. Тогда представлялось невозможным наладить производство одной тонны обогащенного урана. Сейчас накоплены огромные его количества.
И ведь как хорошо было бы, мечтают многие ученые, иметь под рукой запасы антивещества! Использовать его могли бы медики для борьбы с раковыми опухолями, что гораздо эффективнее современной радиотерапии. Частицы (раковые клетки) и античастицы (антипротоны) уничтожались бы, опухоль растаивала бы, как снег под весенними лучами солнца. В то же время антипротоны, в отличие от рентгеновских лучей, не повреждали бы здоровую ткань.
Схема магнитной ловушки, в которой можно накапливать антивещество
После эксперимента на ускорителе: возможно, здесь оставили свой след и античастицы
Другие возможные способы применения антивещества связаны с тем, что оно аккумулирует невероятную энергию в крохотном объеме пространства.
Так, космонавты могли бы получить в свое распоряжение самый эффективный двигатель за всю историю техники. Космический корабль, оборудованный им, разгонялся бы до скорости 100 тысяч километров в секунду, в то время как современные ракеты — лишь до 5 километров в секунду. Для вывода на околоземную орбиту корабля, весящего сто тонн, хватило бы количества энергии, скрытого в брикете антивещества размером с кусочек сахара. Вместо громадных топливных баков — брикеты весом в несколько граммов.
