Антивещество бесспорно является самой редкой, труднодоступной, дорогой и опасной субстанцией в мире. Гипотетическая стоимость 1 грамма антиводорода оценивается в пределах от 63 до 100 триллионов долларов. Для сравнения, ВВП США за 2022 год составил «всего» 25,46 трлн долларов, то есть примерно четверть грамма антиводорода.
Что же это такое?
Антивещество состоит из античастиц. Если атом обычного вещества имеет ядро из протонов и нейтронов, окруженное электронной оболочкой, то атом антиматерии содержит антипротоны, антинейтроны и позитроны (они же анти-электроны). При взаимодействии со своими антиподами античастицы аннигилируют, выделяя огромное количество энергии (и, иногда, нейтрино).
В природе антивещества очень мало. В 1932 году в космическом излучении был обнаружен позитрон, в 1936 – мюон и антимюон, а в 1947 – аналогичная пара пи-мезонов. Более же тяжелые античастицы были синтезированы намного позже с помощью ускорителей частиц. Например, в 1955 году был открыт антипротон, годом позже – антинейтрон, а в 70-е получилось зафиксировать ядра антитрития и антигелия.
Можно выделить две основных сложности в экспериментальном изучении антивещества. Во-первых, для его создания требуется много энергии, а во-вторых, полученные атомы и ядра необходимо изолировать от обычного вещества, чтобы избежать аннигиляции. Для решения этой проблемы используются магнитные ловушки в сочетании с сильным охлаждением и глубоким вакуумом. Но даже со всеми возможными ухищрениями, полученное антивещество существует считанные доли секунды.
Антиводород
Первые атомы антиводорода (не ядра, а полноценные атомы с позитронной оболочкой) удалось получить лишь к 1995 году, однако, это были одиночные высокоэнергетичные частицы, обнаруженные только по следу в камере-детекторе. Исследовать какие-либо их параметрыбыло крайне затруднительно. К 2010-2011 ученые научились производить несколько сотен атомов в секунду, а среднее время их жизни увеличилось до 1/6 доли секунды. Это позволило измерить некоторые свойства экзотического вещества – как и ожидалось, они во многом совпадали с обычным водородом.
Однако, столь малое время жизни и количество атомов не позволяло измерить гравитационное взаимодействие между обычным и антивеществом. Дело в том, что некоторые гипотезы предполагали, что антивещество может проявлять антигравитационные свойства, т.е. отталкиваться от обычного вещества. Если бы они подтвердились, то, с одной стороны, перед нами открылись очень интересные перспективы, а с другой – практически всю физику элементарных частиц пришлось бы строить заново.
Первые эксперименты по влиянию гравитации на антивещество были проведены еще в 2013 году, однако, на их точность была слишком низкой. Потребовалось 10 лет, чтобы увеличить ее и окончательно доказать, что антиводород ведет себя в гравитационном поле Земли также, как и обычный. Разумеется, ученые лишь начали изучение свойств антивещества, и впереди нас ждет еще множество экспериментов. Например, по созданию атомов более тяжелых элементов - гелия, лития и других.
_____________
