Виктор де Касто - PRO Антиматерию

Так что, в то время как химические реакции высвобождают одну миллиардную долю энергии, пойманной в ловушку в материи, ядерные реакции высвобождают до одного процента. Если мы сможем преобразовывать бо́льшие количества материи в энергию, то и наши амбиции будут параллельно расти. В принципе мы могли бы высвобождать все латентные mc 2, заключенные в материи, в энергию. Это то обещание, которое дает антиматерия.

Мощь химических веществ появляется потому, что несмотря на очень малое количество энергии, высвобождаемое каждым отдельным атомом, в каждом грамме насчитывается до 10 24атомов, и каждый из них может внести свой вклад. Ядерные процессы точно так же используют большие количества урановой руды, которую можно извлечь из Земли и подвернуть процессу обработки. Природа заперла энергию в атомах миллиарды лет назад, а теперь мы можем высвободить один процент из триллионов и триллионов атомов. В случае антиматерии такой возможности нет. Насколько нам известно, она вся была уничтожена 14 миллиардов лет назад. Если вы хотите использовать антиматерию, то вначале должны изготовить каждую античастицу, а это очень неэффективный процесс. Это фундаментальное ограничение природы: хотя общая энергия законсервирована в любом процессе производства, количество полезной энергии снижается из-за трения и общих потерь. Следовательно, из-за этих потерь только очень малое количество используемой энергии в конце концов оказывается в частицах антиматерии. В результате получается, что требуется гораздо больше энергии для изготовления, чем может быть получено при последующей аннигиляции.

Предположим, мы хотим получить несколько граммов антиматерии – для межгалактических полетов, для источника энергии, для того, чтобы что-то разбомбить – для любой цели. Тут же встают вопросы – как ее получить, как хранить и из чего она должна состоять? Никаких специальных процессов, как в случае тротила или бензина, не требуется. Энергию высвобождает аннигиляция, так что подойдет любая самая простая антиматерия. Нам придется ее изготавливать по античастице и антиатому за раз. Проблема в том, как лучше всего собрать необходимое количество антиматерии для хранения. Именно на этом этапе реальность и природа начинают разрушать мечту, созданную научной фантастикой. Чтобы изготовить один грамм антипротонов, требуется почти триллион триллионов частиц. Чтобы изготовить один грамм позитронов, требуется еще в две тысячи раз больше. Это огромные количества. Чтобы позволить вам их представить, приведем кое-какие данные.

После открытия антипротона в 1955 году ЦЕРН, использующая Антипротонное кольцо, и «Фермилаб», в которой имеется подобная технология, в целом смогли получить менее одной миллионной грамма. Если бы мы смогли собрать вместе всю полученную на сегодняшний день антиматерию, а затем аннигилировать ее с материей, то нам хватило бы энергии только для того, чтобы зажечь одну электрическую лампочку на несколько минут. В отличие от этой энергии, потраченная на производство антиматерии энергия могла бы осветить площадь Пиккадилли в Лондоне или Таймс-Сквер в Нью-Йорке.

При нынешнем уровне развития науки и техники на изготовление одного грамма уйдет 100 тысяч веков. Оборудование, разработанное для производства пучков античастиц для специальных экспериментов, не предназначено для хранения их больших количеств. Тем не менее даже если мы сможем спроектировать машину специально для создания больших количеств антиматерии, пройдут еще десятки миллионов лет до начала промышленного производства в короткие сроки, измеряемые хотя бы неделями. Но все равно остается вопрос хранения.

Для начала нужен высокий вакуум и контейнер, состоящий из электрических и магнитных полей. Хорошая новость состоит в том, что мы знаем, как хранить античастицы и с успехом уже это проделывали в ловушках Пеннинга, где они хранились по нескольку недель. Однако есть ограничения по хранению в магнитной «бутылке», поскольку возникают проблемы, когда много заряженных частиц собираются в малом объеме. Природный факт, от которого не уйти, состоит в том, что электрически заряженные частицы с одним и тем же знаком заряда отталкиваются друг от друга, так что чем больше их у вас набирается, тем труднее их заталкивать в магнитную «бутылку». Самое большое количество, которое удалось сохранить, – это около миллиона антипротонов. Но не радуйтесь заранее – это в миллиард миллиардов раз меньше, чем нужно для производства одного грамма антиматерии. «Бутылка» с античастицами, которая еще и может потечь, – это не решение проблемы.

Один из способов решения этой проблемы – смесь позитронов и антипротонов, как атомов антиводорода. Электрические заряды положительных позитронов и отрицательных антипротонов отменяют друг друга, так что проблема слишком большого электрического заряда не должна волновать. Мы сами состоим из миллиардов атомов, которые содержат уравновешенные положительные и отрицательные заряды, так что в целом мы не ощущаем никакой электрической активности внутри себя. То же самое может относиться к антиматерии. Но в данном случае магнитные канаты и электрические стены, которые создают тюрьму, могут удерживать внутри только электрически заряженных заключенных. Если эти заключенные разобьются на пары, и их отдельные заряды, соединившись, дадут ноль, таким образом отменив заряд, то сила стен тюрьмы исчезнет как по взмаху волшебной палочки: чтобы что-то удержать в электромагнитной «бутылке», требуются какие-то силы, действующие между «бутылкой» и тем, что там удерживается. Атомы антиводорода нейтральны по отношению к электрическим и магнитным полям, поэтому они легко сбегают, не удерживаемые стенами тюрьмы, встречаются с материей и разрушаются.

Возможно, удастся поймать в ловушку часть атомов антиводорода в магнитных полях, которые быстро меняются, так что различные магнитные моменты позитрона и антипротона будут удерживать атом, но это пока не было достигнуто даже в случае нескольких антиатомов.

Еще одна возможность – это сделать атомы позитрония: позитрон плюс электрон. В последние годы этим направлением заинтересовались американские военные. Проблема здесь не только в том, что этот атом является электрически нейтральным, как антиводород, но также и в том, что его составляющие взаимно уничтожают друг друга. Продолжительность жизни атома позитрония – меньше одной тысячной доли секунды, это слишком мало, чтобы их можно было использовать в качестве энергии даже для путешествия на Марс. Тем не менее американские ВВС считают, что этого достаточно для их целей, и в исследования вкладываются миллионы долларов.