Что такое антивещество и где оно прячется

Представь частицу, которая выглядит как твой двойник, но при встрече с тобой вы оба исчезаете во вспышке света. Звучит как сюжет фантастического фильма, но это чистая физика. Антивещество существует на самом деле, его делают в лаборатории под Женевой и ловят над грозами. Самое странное в нём не то, что оно есть, а то, что его почти не осталось.

Зеркальный двойник обычной материи

Всё вокруг тебя собрано из частиц: электронов, протонов, нейтронов. У каждой такой частицы есть античастица — близнец с такой же массой, но с противоположным электрическим зарядом. У электрона заряд отрицательный, а у его двойника, позитрона, — положительный. У протона заряд плюс, а у антипротона — минус.

Когда античастицы собираются вместе, из них можно построить целые антиатомы. Самый простой — антиводород: антипротон в центре и позитрон, кружащий вокруг. В принципе, из антивещества можно было бы собрать антизвёзды, антипланеты и даже анти-тебя. Физика этого не запрещает.

Идею предсказали не в обсерватории и не в ускорителе, а на бумаге. В 1928 году физик Поль Дирак вывел уравнение для электрона, и у этого уравнения было два решения — как у квадратного корня бывает плюс и минус. Второе решение описывало частицу с положительным зарядом. Через четыре года позитрон действительно нашли в космических лучах. Математика угадала реальность раньше, чем её увидели приборы.

Что происходит при встрече

Главная особенность антивещества: оно не уживается с обычным веществом. Стоит частице и её античастице соприкоснуться, как они аннигилируют — исчезают, превращаясь в чистую энергию, чаще всего в виде вспышки гамма-излучения.

Представь, что у тебя есть плюс и минус из математики. Сложишь их — получишь ноль. Вот аннигиляция работает похоже: частица и античастица «обнуляют» друг друга как вещество, но их масса не пропадает бесследно. Она целиком превращается в энергию по знаменитой формуле Эйнштейна E = mc². И превращение это невероятно эффективное.

Если бы у тебя был всего один грамм антивещества и грамм обычного вещества, при их встрече выделилось бы примерно столько же энергии, сколько в крупной атомной бомбе. Грамм — это как канцелярская скрепка.

Именно поэтому антивещество — самое дорогое и труднодоступное «топливо» в мире. Хранить его нельзя в обычной банке: коснувшись стенок, оно мгновенно исчезнет. Антиводород удерживают в магнитных ловушках в вакууме, где он висит, ни к чему не прикасаясь.

Где его делают и где оно прячется

Главная «фабрика» антивещества на Земле — ЦЕРН, лаборатория под Женевой. Там в ускорителях сталкивают частицы на огромных скоростях, и из энергии удара рождаются античастицы. Их по штучке тормозят, охлаждают и собирают в антиатомы, чтобы рассмотреть поближе. За все годы работы человечество произвело так мало антивещества, что его не хватило бы даже вскипятить чашку чая.

Но антивещество появляется и без всяких лабораторий, прямо вокруг нас:

• В банане. Спелый банан содержит немного калия-40, который изредка распадается и выбрасывает позитрон — примерно раз в час с каждого банана.
• Над грозами. Мощные молнии порождают вспышки гамма-излучения, а те рождают позитроны. Спутники не раз ловили потоки антивещества прямо над грозовыми тучами.
• В больнице. Метод диагностики ПЭТ (позитронно-эмиссионная томография) работает именно на позитронах: в тело вводят слабый источник, а аппарат ловит вспышки аннигиляции и строит карту органов.

Так что антивещество — не экзотика из будущего. Оно мелькает в супермаркете, в небе над городом и в кабинете врача. Просто его всегда чудовищно мало, и живёт оно доли секунды.

Главная загадка: куда оно делось

А теперь самое интересное. По всем расчётам, в момент Большого взрыва вещества и антивещества должно было родиться поровну. Но если бы их было ровно поровну, они бы тут же аннигилировали друг с другом без остатка, и Вселенная превратилась бы в океан света без единой звезды, планеты и тебя.

Однако мы здесь. Значит, что-то нарушило симметрию: на каждый миллиард частиц антивещества пришёлся миллиард плюс одна частица обычного вещества. Антивещество аннигилировало с почти равной ему армией вещества, а эта крошечная «лишняя единичка» и стала всем, что мы видим — галактиками, Солнцем, океанами, тобой.

Почему вещества оказалось чуть-чуть больше, физики до сих пор точно не знают. Это одна из самых больших нерешённых загадок в науке. Учёные ищут даже целые антизвёзды и антигалактики где-то в глубинах космоса — вдруг антивещество не исчезло, а просто спряталось очень далеко. Пока не нашли. Так что когда в следующий раз кто-то скажет, что в науке всё уже открыто, вспомни: мы до сих пор не понимаем, почему вообще существуем.