Еще в 1929 году великий британский физик Пол Дирак предположил, что каждой частице размером меньше атома соответствует античастица, имеющая противоположный заряд. Первую античастицу - антиэлектрон, или позитрон, - открыл американский физик Карл Андерсон из Калифорнийского технологического института. В 50-х годах в университете Беркли были открыты антипротоны.
Основное свойство частиц и античастиц - взаимное уничтожение (аннигиляция) при столкновении. При этом высвобождается значительное количество энергии.
Из античастиц в принципе может быть построено "антивещество" точно таким же образом, как вещество из частиц. Однако возможность аннигиляции при встрече с частицами не позволяет античастицам сколько-нибудь длительное время существовать в веществе. Античастицы могут долго "жить" только при условии полного отсутствия контакта с частицами вещества. Свидетельством наличия антивещества где-нибудь вблизи от известной нам части Вселенной было бы мощное аннигиляционное излучение, приходящее из области соприкосновения вещества и антивещества. Но пока астрофизике неизвестны данные, которые говорили бы о существовании во Вселенной областей, заполненных антивеществом.
У позитронной бомбы имеется целый ряд преимуществ по сравнению с ядерным и термоядерным оружием. Во-первых, количество энергии, выделяющейся при аннигиляции, больше, чем в ходе ядерной или термоядерной реакции.
Достаточно одного примера: одна миллионная грамма позитрона содержит столько же энергии, сколько 38 килограммов тротила.
Во-вторых, взрыв позитронной бомбы не оставляет радиоактивных продуктов, которые будут разлагаться в течение десятков и сотен лет. Впрочем, не исключается и создание комбинированных боеприпасов, использующих антиматерию наряду с обычным ядерным зарядом.
Пока работы над позитронным оружием еще очень далеки от завершения. Расчеты, сделанные учеными NASA, работающими в Glenn Research Center в Кливленде, показали, что для получения одного миллиграмма антиматерии сейчас потребовалось бы около ста миллиардов долларов - слишком дорого, чтобы этот проект был интересен с коммерческой точки зрения.
Впрочем, полагает Эдвардс, позитроны в достаточных количествах можно было бы получать на ускорителе элементарных частиц в Лаборатории имени Ферми и на линейных ускорителях в Национальной лаборатории имени Лоуренса в Ливерморе и в Стэнфордском университете.
Помимо проблемы производства существует проблема безопасного хранения позитронов. Без ее решения говорить об их практическом применении нет смысла. Для этого требуется надежная изоляция античастиц от обычной материи, при столкновении с которой античастицы аннигилируют. В настоящее время для хранения античастиц используются так называемые ловушки Пеннинга. В них частицы удерживаются от столкновения со стенками ловушки с помощью магнитного поля. Однако поскольку позитроны заряжены одинаково и отталкиваются друг от друга, со временем все они вырываются из магнитного поля и благополучно исчезают, сталкиваясь с обычной материей. Пока что рекорд удержания антиматерии до аннигиляции составляет 1000 секунд.
Проблемой хранения позитронов занимается фирма Positronics Research LLC под руководством бывшего профессора Университета штата Пенсильвания Джеральда Смита. В качестве альтернативы ловушкам Пеннинга ученые предлагают использовать квазистабильные образования - позитронии. Позитроний представляет собой систему из вращающихся друг вокруг друга позитрона и электрона, которые удерживаются от столкновения электромагнитными полями. За это открытие фирма получила от военного ведомства США 3,7 миллиона долларов.
Думаю, в будущем мы сможем обуздать эту энергию и направить ее в мирное русло, ведь антиматерию можно использовать как топливо.
С помощью двигателей на антиматерии пилотируемая экспедиция могла бы достичь Марса всего за полтора месяца, потратив буквально ничтожное количество топлива.
Идею двигателя на антиматерии впервые выдвинул немецкий физик Ойген Зенгер (Eugen Sänger) в 1953 г. Этот исследователь, долгое время работавший на нацистскую Германию, оставил после себя массу интереснейших разработок. В двигателе Зенгера гамма-лучи, получающие в результате аннигиляции антивещества и обыкновенной материи, должны были отражаться от специального зеркала, толкая корабль в нужном направлении. Правда, как в те времена, так и сегодня создать подобные зеркала не представляется возможным: пока что не существует материалов, способных эффективно отражать гамма-излучение — оно пронизывает насквозь любой экран.
С помощью двигателей на антиматерии пилотируемая экспедиция могла бы достичь Марса всего за полтора месяца, потратив буквально ничтожное количество топлива.
Впервые идею создания двигателя на антиматерии подал немецкий конструктор Ойген Зенгер
Массовое «производство» позитронов планируется наладить на строящейся установке Международного линейного ускорителя (ILC), хотя проблема хранения этих высокоэнергетических частиц до сих пор остается технически нереализуемой
Концепция пилотируемой марсианской миссии с двигателем на позитронах
Примерно так может выглядеть полет корабля с двигателем, основанном на абляции антиматерией частиц твердой пластины
Как известно, антиматерия состоит из частиц, которые отличаются от своих обычных «родственников» противоположным зарядом. Так «антипод» электрона — позитрон — во всем похож на него, но имеет положительный заряд, а антипротон, напротив, заряжен отрицательно. При столкновении две противоположные частицы аннигилируют, выделяя высокоэнергетические гамма-кванты. Другими словами, встреча материи и антиматерии приводит к полному преобразованию их массы в энергию, в полном соответствии со знаменитой формулой Эйнштейна (E = mc2). Этот делает антиматерию самым эффективным видом топлива: в нескольких миллиграммах подобного вещества содержится энергии достаточно для того, чтобы слетать на Марс и обратно.
Идею двигателя на антиматерии впервые выдвинул немецкий физик Ойген Зенгер (Eugen Sänger) в 1953 г. Этот исследователь, долгое время работавший на нацистскую Германию, оставил после себя массу интереснейших разработок. В двигателе Зенгера гамма-лучи, получающие в результате аннигиляции антивещества и обыкновенной материи, должны были отражаться от специального зеркала, толкая корабль в нужном направлении. Правда, как в те времена, так и сегодня создать подобные зеркала не представляется возможным: пока что не существует материалов, способных эффективно отражать гамма-излучение — оно пронизывает насквозь любой экран.
Тем не менее, двигатель на антиматерии возможен, и его разработкой сегодня занимаются самые разнообразные научные организации. К их числу принадлежит компания Positronics Research, которую финансирует Институт передовых концепций (NIAC) NASA. Специалисты этой компании считают, что топливом для двигателей должны стать не антипротоны, как неоднократно предлагалось ранее, а позитроны — «анти-электроны». При аннигиляции антипротонов выделяются гамма-кванты более высоких энергий, однако использовать их для движения корабля оказывается весьма затруднительно. Они представляют большую опасность для экипажа и требуют тяжелых систем защиты. Аннигиляция позитронов рождает гамма-излучение с энергией примерно в 400 раз меньшей, позволяя и облегчить корабль, и упростить конструкцию самой двигательной установки.
