Физикам Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН) удалось создать и удержать в течение некоторого времени антиматерию. Это поможет исследователям разгадать одну из самых больших тайн Вселенной, пишет британский журнал «Нейчур». И далее приводит вот какие подробности.

В своей статье руководитель эксперимента Джеффри Хангст и его коллеги из ЦЕРНа сообщают, что им удалось воспроизвести в вакууме 38 атомов антиводорода. Некоторые из них просуществовали одну десятую долю секунды, что дало ученым возможность для их изучения. Для ученых, имеющих дело с частицами, живущими миллионные доли секунды, десятые доли — огромный интервал времени. Потому они с полным основанием считают это успехом.

Ученые ЦЕРНа синтезировали первый атом антиводорода в 1995 году. В 2002 году они же сумели создать тысячи атомов антиводорода, которые просуществовали несколько миллисекунд. Нынешние исследования велись на «Антиводородном лазерном физическом аппарате», или «Альфа». Ученые охладили с его помощью отрицательно заряженные антипротоны, которые представляют собой зеркальную версию ядра водорода, и держали под мощнейшим давлением в вакуумной камере. Затем они направили в камеру позитроны, представляющие собой античастицы электрона. В результате их взаимодействия образовалась антиматерия — антиводород.

Как подчеркивает «Нейчур», основная задача участников эксперимента — сравнить уровни энергии антиводорода и водорода для того, чтобы подтвердить, что антиматерия обладает такой же силой электромагнитного воздействия, что и материя.

Это предположение лежит в основании теории Большого взрыва, приведшего, по одной из версий, к образованию нашей Вселенной. Возможно, в основе самого Большого взрыва, произошедшего 13 млрд. лет назад, как раз и лежали реакции взаимодействия частиц материи и антиматерии.

Схема двигателя на антиматерии.

Дело в том, что при столкновении любой античастицы с частицей происходит реакция аннигиляции (от латинского annihilatio — «уничтожение», «исчезновение»). При этом обе реагирующие частицы и в самом деле исчезают, выделяя взамен огромное количество энергии — во много раз больше, чем, например, при термоядерной реакции.

Существование антивещества — материи, построенной из античастиц, было впервые предсказано еще в 1930 году английским физиком Полом Дираком. Он же предугадал, что антиматерия обладает огромным энергетическим потенциалом. Некоторые горячие головы тут же заговорили о создании аннигиляционных бомб. Однако для этого необходимо прежде всего иметь более компактные и дешевые установки для производства антиматерии, а также надежные ловушки-контейнеры для ее хранения.

Сейчас антиматерию хранят в так называемых «магнитных бутылках». Так на жаргоне физиков называются установки, где при помощи сильных электромагнитных полей античастицы удерживают от соприкосновения со стенками контейнера. Но пока это удается лишь на очень короткий срок — сотые или десятые доли секунды.

И все же исследователи надеются, что надежные ловушки со временем будут созданы. И тогда можно будет подумать о космических двигателях на антивеществе, о которых уже не раз писали фантасты.

Институт перспективных концепций аэрокосмического агентства США (НАСА) финансирует небольшую американскую компанию Positronics Research, расположенную в г. Санта-Фе. Она уже не первый год занимается разработкой и постройкой опытных устройств для работы с антиматерией. Не так давно ее сотрудники представили две новые схемы космических двигателей на антиматерии.

В принципе, для путешествия, скажем, к Марсу хватило бы нескольких десятых долей грамма антивещества, полагают сотрудники компании. Причем полет длился бы всего 45–90 суток в зависимости от времени старта и взаимного расстояния между планетами, которое периодически меняется. Дело, как говорится, за малым. Надо выбрать наиболее подходящий способ хранения антиматерии на борту и рациональный способ использования ее огромной энергии.

Исследователи компании считают, что топливом для кораблей будущего должны стать позитроны, а не антипротоны, как предлагалось ранее. Выбор этот обоснован так. При реакции аннигиляции материи и антиматерии рождаются гамма-лучи высокой энергии, что в случае пилотируемого аппарата потребует особых защитных экранов. Аннигиляция позитронов порождает гамма-излучение с энергией примерно в 400 раз меньшей, чем в случае использования антипротонов, что упростит защиту.

Предполагается, что энное количество позитронов (сотые доли грамма) можно наработать на земных установках и поместить в большое число миниатюрных магнитных капсул-ловушек. Капсулы эти по очереди, с определенной частотой направляют в реактор. В центре реактора силовое поле ловушки выключают, позитроны взаимодействуют с ее веществом и дают вспышку излучения, нагревающего специальный теплообменник. Через него пропускают водород, который, нагревшись, с большой скоростью истекает из сопла двигателя, обеспечивая тягу.

Часть горячего водорода отводится для привода насоса, а холодный водород из бака, прежде чем попасть в реактор, проходит через двойные стенки сопла — для его охлаждения.

Позитронный реактор мог бы дать удельный импульс в 900 секунд, сообщают исследователи. То есть на каждый грамм израсходованного за секунду рабочего тела (водорода) он дал бы 900 граммов тяги. Это примерно в 2–3 раза выше, чем у современных ракетных двигателей.

Второй вариант привода назван «Абляционный позитронный двигатель». Капсулы с магнитными ловушками, в которых хранятся позитроны, здесь еще покрыты слоем свинца. Свинец поглощает гамма-радиацию от аннигиляции и переизлучает этот поток энергии в виде рентгеновских лучей, от которых легче защититься. В частности, они будут поглощаться слоем специального покрытия сопла. Покрытие, постепенно испаряясь, и создает тягу.

Таковы перспективы. Но пока для осуществления этих планов физикам придется немало потрудиться.

С. НИКОЛАЕВ