Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2014 № 08

Столетиями ученые и философы размышляли над вопросом, как противодействовать гравитации — той самой фундаментальной силе, которая не только всех нас надежно удерживает на поверхности Земли, но также Луну и все планеты Солнечной системы на их орбитах.

Великий Ньютон сформулировал свой знаменитый закон всемирного тяготения, однако он, как и его современники, ничего не знал о сути этой силы, о том, как ее преодолеть. Методом проб и ошибок инженеры создали самолеты и ракеты, которые преодолевают гравитацию. Однако обходится это весьма недешево. Кроме того, от рева ракетных и авиационных двигателей дрожит земля, а выхлопными газами загрязняется атмосфера. А знай мы секрет антигравитации, смогли бы перемещать самые массивные грузы тихо и без видимых усилий. Да и сами бы парили в воздухе.

В декабре 2013 года группа исследователей из Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН) объявила, что намерена проверить на практике теорию существования антигравитации. Согласно этой самой теории, суть антигравитации заключается в том, что антиматерия генерирует собственное силовое поле, которое, в отличие от известных нам сил гравитации, не притягивает взаимно массы, а напротив, отталкивает их друг от друга.

Существование антиматерии во Вселенной остается одной из главных тайн физики, поскольку в первый момент Большого взрыва, как считается, количество частиц и античастиц было одинаковым. При встрече атом и антиатом мгновенно аннигилируют, то есть взаимно уничтожаются. Но поскольку мы с вами живем во Вселенной, состоящей из материи, значит, ее было больше? Или где-то еще существуют области, сплошь состоящие из антиматерии?

Выяснить это пока не удалось. А потому ученые Европейского центра ядерных исследований получают антиматерию искусственно. Для этого они в специальной магнитной ловушке соединяют позитроны и антипротоны, создавая атомы антиводорода. Причем антипротоны, прежде чем попасть в ловушку, как бы замораживаются, замедляются специальным замедлителем антипротонов. Таким образом удается не только получать античастицы, но и удерживать их в ловушке до 1 000 секунд, прежде чем они доберутся до стенок камеры и аннигилируют. Однако точное измерение свойств антиводорода, пока он находится в магнитной ловушке, невозможно — мешают неоднородности магнитных полей, которые резко меняют спектральные характеристики антиатомов. Поэтому для ученых важно вывести антиводород из ловушки, да еще так, чтобы он по-прежнему не контактировал с нормальной материей.

Ученые нашли выход — с помощью своей установки они создают в ловушке атомы, которые уже изначально движутся преимущественно в одном направлении, так что, родившись, они там не задерживаются и вылетают направленным пучком.

И вот первый значимый результат — 80 атомов антиводорода удалось отогнать от ловушки почти на 3 м — туда, где влияние ее магнитных полей уже не сказывается. В перспективе это позволит ученым провести исследования сверхтонкой структуры антиводорода. Для атомов водорода она изучена очень хорошо, так что можно будет их сравнивать и искать различия.

Кроме того, исследователи обнаружили, что и нашу Землю окружает устойчивый слой антиматерии, удерживаемой магнитным полем планеты. Таковы результаты анализа данных научного аппарата PAMELA, установленного на российском спутнике «Ресурс-ДК». «Речь здесь может идти о миллиардах частиц антивещества, постоянно курсирующего в нижнем радиационном поясе, — полагают ученые. — Это делает его самой производительной фабрикой и самым объемным резервуаром антиматерии, расположенным в непосредственной близости от Земли».

Итак, антиматерию, будем считать, добыли. А для того, чтобы подтвердить существование антигравитации, научная группа ЦЕРНа во главе с профессором Джеффри Хэнгстом создала специальный электромагнитный цилиндр. Он способен удерживать в практически неподвижном состоянии атомы антиводорода. В зависимости от их движения в этом цилиндре и будет подтверждена или опровергнута теория о существовании антигравитации, отмечают специалисты.

Большинство физиков ожидает, что атомы и антиатомы в гравитационном поле будут вести себя одинаково.

Схема ловушки антиматерии. Ниже приведена карта напряженности магнитного поля внутри ловушки.

Цифрами обозначено: 1— вакуумная трубка, 2— зеркальные кольца, 3— сверхпроводящие обмотки, 4— микроволновый излучатель, 5— электроды, 6— детектор аннигиляции, 7— минимум поля.

Однако существует все же и вероятность того, что по скорости падения антивещество может отличаться от обычного, вплоть до того, что станет «падать вверх».

Для готовящейся проверки в ЦЕРНе будет использоваться антиводородная лазерная физическая установка ALPHA (Antihydrogen Laser Physics Apparatus). В эксперименте антипротоны соединятся с антиэлектронами, образуя атомы антиводорода, кратковременно удерживаемые в магнитном поле. Когда поле уберут, атомы начнут падать под действием гравитации, пока не столкнутся со стенками установки. Когда это случится, в результате аннигиляции возникнут вспышки света.

Следя за этими вспышками, ученые надеются понять, как именно падают атомы. «Мы ожидаем, что антивещество будет падать вниз, но все же не исключаем и сюрпризы», — говорит член научной группы профессор Джоэл Фаянс из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли.

Однако чтобы от эксперимента был толк, надо модернизировать церновское оборудование. К середине нынешнего года установка ALPHA-2 будет оснащена лазерной системой охлаждения, уменьшающей энергию антиатомов настолько, чтобы их скорости и положения можно было точно определить. Если ALPHA-2 покажет, что атомы вещества и антивещества падают с разной скоростью, придется переписывать учебники.

Экспериментальная установка ALPHA-2.

Наряду с подготовкой наземных экспериментов исследователи ведут поиски и в более отдаленных пространствах. Так, астрономы обнаружили галактики на краю наблюдаемой Вселенной, которые ведут себя очень странно. Согласно здравому смыслу, окраинные галактики, оказавшиеся дальше всех от центра Вселенной после Большого взрыва, должны постепенно замедлять свое движение. Их, по идее, притормаживает притяжение масс небесных тел, оставшихся позади. Ведь материя, заполняющая нашу расширяющуюся Вселенную, порождает взаимное притяжение.

Однако когда в конце 90-х годов XX века астрономы замерили скорость их движения, то обнаружили невероятное. Расширение Вселенной со временем не замедлилось! Напротив, самые дальние галактики удаляются с самым большим ускорением. В поисках объяснения этого парадокса исследователи пришли к заключению: «Всему причиной некая антигравитационная материя. Это она заставляет галактики отдаляться друг от друга».