Вера Черногорова - Загадки микромира

Большая группа ученых под руководством члена-корреспондента АН СССР Ю. Прокошкина начала на Серпуховском ускорителе эксперимент поиска антиядер гелия. Проанализировав более 200 миллиардов частиц, экспериментаторы опознали среди них пять ядер антигелия.

Сложность решенной физиками задачи хорошо проиллюстрировал директор Института физики высоких энергий академик А. Логунов: «Если бы мы пожелали графически изобразить общее число пропущенных через установку частиц по отношению к зарегистрированным ядрам антигелия и представили бы на графике число ядер антигелия отрезком длиной в миллиметр, то число остальных частиц должно было изобразиться отрезком, равным длине земного экватора».

Открытие ядер антигелия подтверждает теорию существования антивещества. А наличие антивещества может иметь важнейшее значение для понимания эволюции вселенной и происходящих в ней процессов.

Частицы и античастицы при столкновении аннигилируют — «взрываются» с выделением огромной энергии. Из-за этой реакции антивещество не может существовать вместе с веществом. Поэтому гипотезу о существовании «антимиров» астрофизики использовали для объяснения обнаруженных во вселенной мощных источников излучения.

Элементарные частицы и излучение — вот общие предки всех звезд и галактик. И если пытаться решать проблемы космологии на основе знаний об элементарных частицах, добытых учеными с помощью ускорителей, то прежде всего надо вспомнить о законе сохранения барионного числа. Закон этот означает, что протоны и нейтроны всегда рождаются в паре со своими античастицами. Другими словами, вещество всегда рождается в одной и той же точке пространства и в тех же количествах, что и антивещество. Поэтому вполне естественно было предположить, что и «первобытная» плазма состояла из одинакового числа частиц и античастиц.

Ученые давно уже убедились, что солнечная система состоит только из вещества. Более того, если б вещество и антивещество были перемешаны в пределах нашей Галактики, то приборы на Земле непрерывно регистрировали бы мощное аннигиляционное излучение. А оно отсутствует.

Есть ли все-таки антивещество во вселенной?

Ответы, которые можно услышать сегодня, диаметрально противоположны. «Антивещества нет, это предмет рассуждения увлеченных лириков», — говорят одни. Они считают, что вселенная в первые же мгновения своего бытия была уже несимметричной — вещества в ней было больше, чем антивещества.

«Антивещества во вселенной может быть столько же, сколько и вещества, — утверждают другие, — ведь не существует доказательства, что его нет».

Зададимся другим вопросом: если антивещество во вселенной есть, то где же оно? Почему оно никак не проявляет себя?

Известные шведские ученые X. Альвен и Ф. Клейн считают, что вещество и антивещество разделились под действием электромагнитного поля на ранних стадиях развития вселенной. Поэтому, возможно, каждая вторая звезда или галактика состоит из антивещества.

«Почему-то легче поверить в то, — пишет в книге „Миры и антимиры“ почетный член Академии наук СССР, профессор X. Альвен, — что из антивещества состоит какая-нибудь удаленная галактика. Слишком уж неприятным было бы опасное соседство с антизвездой. Однако анализ приводит нас к противоположному выводу: значительно труднее обосновать разделение вещества в галактических масштабах, нежели в масштабах сравнительно небольших областей внутри каждой галактики».

Открытие реликтового теплового излучения доказало справедливость «горячей» модели развития вселенной. Но при этом вопрос об антивеществе оставался по-прежнему очень трудным. Не было достаточно обоснованного механизма разделения двух видов вещества на самой ранней стадии.

А вот всего несколько лет назад французский ученый Р. Омнэ предложил оригинальную гипотезу разделения вещества и антивещества в рамках как раз «горячей» модели. Поведение протонов и антипротонов, хорошо изученное в лабораториях на ускорителях, подсказало ему идею механизма разделения, напоминающего образование капелек жидкости в перенасыщенном паре. Более того, окажись свойства этих частиц иными, разделение уже нельзя было бы объяснить.

За время, меньшее 10 –5секунды, из первичной однородной плазмы образуется нечто вроде «эмульсии» из отдельных участков пространства, заполненных частицами и античастицами. А дальше — как в теории Альвена и Клейна: одинаковые участки, сталкиваясь, сливаются, а противоположные по барионному заряду отталкиваются благодаря давлению аннигиляционного излучения. Так постепенно они расходятся на значительные в космических масштабах расстояния.

Теоретические споры между сторонниками зарядово-симметричной и асимметричной вселенной продолжаются. Но окончательное решение даст, конечно, эксперимент.

Отличается ли свет от звезды и от антизвезды? Как обнаружить различие между миром и антимиром? Не исключено, что перед глазами астрономов разворачивают свои спирали и «рукава» антигалактики, мерцают антизвезды. Но электромагнитное излучение вещества и антивещества «на глаз» совершенно одинаково и неразличимо. А проверено ли все это на опыте?

Пока нет. Но вот о чем мечтает академик Г. Будкер: «Мы хотим попробовать создать в лаборатории не просто античастицы, а антиатомы. Надеемся получить достаточно заметную струю антиводорода, способную, скажем, прожечь лист бумаги. Так что можно будет изучить свойства антиводорода, в частности, исследовать его спектр. Сейчас астрофизики спорят, есть ли во вселенной антигалактики, равноправны ли материя и антиматерия? Может быть, наши эксперименты станут „судьей“ в этом споре».

В принципе этот спор можно решить с помощью нейтрино. Звезда из антивещества или антигалактика вместо нейтрино должны излучать потоки антинейтрино. Вполне вероятно, что они достигают и поверхности Земли. Однако нейтринная астрономия здесь бессильна помочь. Даже от самых ярких звезд типа Сириуса на Землю попадает всего лишь одно нейтрино или антинейтрино на квадратный сантиметр в секунду.

Более реальна попытка обнаружить антивещество во вселенной, исследуя космические лучи, возникающие за пределами солнечной системы. Можно считать, что отдельные античастицы могут возникать при столкновении космических частиц большой энергии с межзвездным газом. Но вероятность образования сложных антиядер практически равна нулю. Если они будут все же обнаружены, то тем самым будет установлен факт существования далеких антимиров, откуда и прилетают готовые антиядра.

Пока что ни антипротонов, ни антиядер в космических лучах не обнаружено. Но точность экспериментов все время повышается, и, возможно, настанет время, когда ученые смогут расшифровать содержащуюся в космических лучах информацию об антивеществе во вселенной.