Фізики намагаються зрозуміти, чи відрізняються закони, які діють у нас і в антисвіт.

Гігантський детектор нейтрино Super-K, розташований у глибокій шахті, заповненої водою, зафіксував новий тип перетворення елементарної частинки: мюонне нейтрино стало електронним. І це вкрай надихнуло міжнародний колектив учених проводили експеримент Т2К (Tokai-to-Kamioka) на японському прискорювачі J-PARC (Japan Proton Accelerator Research Complex) в Токаї.

– Ці дослідження можуть пролити світло на роль нейтрино в тому, чому у Всесвіті більше речовини, ніж антиречовини, тобто з'явитися ключем до розгадки однієї з таємниць природи, – заявив кореспонденту ІТАР-ТАРС директор Інституту ядерних досліджень (ІЯД) Російської академії наук, академік -секретар Відділення фізичних наук РАН Віктор Матвєєв. – Можливо також поява нових і, дуже ймовірно, зовсім несподіваних результатів.

Японський детектор нейтрино розташований в шахті, залитої 50000 тонн води

Нерівність вселенського масштабу

За теорією, у кожної матеріальної частинки у Всесвіті є двійник – античастинка. Вона така ж за масою, але іншого заряду. "Нормальна" матерія складається з "позитивних" протонів, нейтронів і "негативних" електронів. Антиматерія – з "негативних" антипротонів, антинейтрони (з протилежним магнітним моментом) і "позитивних" позитронів.

Образно кажучи, частинки і античастинки, матерія й антиматерія рівні перед Богом. Тобто, у момент народження Всесвіту – в результаті Великого Вибуху чи чогось там ще – речовини і антиречовини мало б утворитися порівну. Але з якоїсь неймовірно загадкової причини виник перекіс. По-науковому, його називають баріонів асиметрія.

В результаті незрозумілих поки процесів сталося так, що речовина є – воно кругом, а антиречовини не видно. І треба сильно постаратися, щоб його здобути.

Причину виникнення асиметрії шукають. У тому числі і за допомогою експериментів на Великому адронному колайдері (ВАК), в яких відтворюють умови, що існували в перші миті життя Всесвіту. Адже за однією з гіпотез, речовина взяло верх над антиречовиною чи то в сам момент Великого вибуху, чи то майже миттєво після нього.

З іншого боку, немає абсолютної впевненості в тому, що речовина домінує скрізь. В усіх куточках Всесвіту. Може бути, десь існують так звані антисвіт. Отож, цілком імовірно, що експерименти в Японії – з нейтрино – дозволять підібрати до них ключі.

Три товариша

Нейтрино – дуже легкі елементарні частинки. Один час думали, що вони взагалі позбавлені маси, тому так запросто проникають крізь будь-яку речовину. Наприклад, прошивають наскрізь нашу Землю, немов би її й немає на шляху. Однак з'ясувалося, що маса у нейтрино все ж є. За даними ІЯД РАН вона не перевищує стотисячної частки від маси крихти-електрона.

Нині вчені розрізняють нейтрино трьох видів – електронні, мюонні і тау. І визнають, що за ними водяться чудеса: одні нейтрино можуть перетворюватися в інші. До японських експериментів було відомо про двох таких перетвореннях. Тепер з'ясувалося, що існує і третє: мюонне нейтрино здатне "обернутися" електронним. Як жаба – Василиною Прекрасною.

Ефект чудесного перетворення – так званої осциляції – і був виявлений за допомогою детектора в шахті з водою. Тобто, в прискорювачі отримали мюонні нейтрино, направили на детектор, що знаходиться майже в 300 кілометрах, а там зафіксували вже електронні нейтрино.

"Третє диво" зробило картину можливих перетворень повною. І дозволило припустити, що подібні процеси за участю нейтрино і привели в підсумку до перекосу у Всесвіті – асиметрії, висловлюючись науковою мовою. До переважанню речовини над антиречовиною.

Як вважають вчені, перетворення серед нейтрино двох видів не можуть привести до асиметрії між матерій і антиматерією. А осциляції між трьома – вже здатні. Завдяки додатковим ступенями свободи.

– Не виключено, що існують ще не відомі нам фізичні закони, – сказав в інтерв'ю ВВС один з учасників експерименту професор Дейв Уарк (рrofessor Dave Wark, of Imperial College London). – Адже ті, які нам відомі зараз, не дозволяють пояснити явна перевага матерії над антиматерією. Фізика нейтрино – це якраз та багатообіцяюча область, де ці закони можуть ховатися.

А В ЦЕЙ ЧАС

У ЦЕРНі ловлять і утримують антіводород

Фізики, що працюють в Європейському центрі ядерних досліджень (ЦЕРН), йдуть іншим шляхом до таємниць антиматерії – пробують досліджувати саму цю екзотичну субстанцію. Вони створили антіводород. Зуміли наловити його атоми і утримати в "магнітної пляшці". Через всього 10 років у сюжету фантастичного роману Дена Брауна "Ангели і демони" з'явилася реальна наукова основа.

У романі антиречовину отримують конкретно в ЦЕРНі – в Швейцарії, хоча на Землі побудовані не менше десяти відповідних установок. У швейцарських учених антиречовину і крадуть зловмисники. Виносять, щоб потім випустити і підірвати.

У 2000 році, коли "Англи і демони" тільки вийшли у світ, в ЦЕРНі якраз був запущений так званий антипротонний деселератор (Antiproton Decelerator) або накопичувальне кільце – пристрій, що уповільнює антипротони.

З помоью кільця в 2002 році фізики вперше здобули відчутну кількість антиречовини – приблизно 50 тисяч атомів антиводню. Добули, але не наловили. Усе отримане антиречовину миттєво самознищується – анігілювати, взаємодіючи з нормальним – нашим – речовиною.

Нині ж фізикам, які брали участь в експерименті ALPHA (Antihydrogen Laser Physics Apparatus), вдалося ще й зібрати отримані атоми антиводню в хитру пастку – так звану "магнітну пляшку".

У листопаді минулого року антиречовину вдалося утримати незначні частки секунди. Днями – рекордні 16 хвилин! Явний прогрес.

Атоми антиводню були синтезовані в результаті взаємодії антипротонів з деселератора і позитронів, які випромінював радіоактивний ізотоп натрію. Вони вийшли електрично нейтральними. Але слабкими магнітними властивостями все ж мали. Це і дозволило наловити трохи атомів антиводню в пастку, всередині якої було створено вельми складно магнітне поле. І створені умови, за яких антиречовину було ізольовано від речовини – стінок пастки.

У пастку помістив "своє" антиречовина і Ден Браун. Але сильно помилився в розмірах. У письменника вона переносна. Реальне ж пристосування для зберігання антиводню важить кілька тонн. І тим не менше автор "Ангелів і демонів", за великим рахунком, передбачив наукову тенденцію. Всього-то 10 років минуло. А хто знає, якого прогресу досягти фізики ще через декаду? Раптом справа дійде і до переносних пасток? І ні до лічених атомів антиречовини, а до грамів?

Пастка антиматерії з фільму "Янголи та демони"

Так насправді виглядає магнітна пляшка

За матеріалами: kp.ru.

Tweet