26.06.2013 | Наука

Физики создали миниатюрную установку, выдающую антиматерию

Антиматерия — звучит загадочно. Но на самом деле эта загадка — рутина для современных физиков. У каждой частицы существует "напарник", который является частицей антиматерии.

Так, к примеру, у протонов есть антипротоны, а у электронов — позитроны. Существуют позитроны не только в лабораториях, но и в космосе: струи из этих античастиц производят чёрные дыры и пульсары.

Созданием и изучением позитронов ежедневно занимаются учёные всего мира. Но есть одна проблема: чтобы их создать, требуются огромные дорогостоящие установки, такие как ускорители заряженных частиц, длина туннелей которых измеряется километрами. В 2008 году исследователи из Ливерморской национальный лаборатории (LLNL) создали специальный генератор частиц антиматерии (античастиц): мощный лазерный луч направлялся на микроскопический золотой диск, вследствие чего производился пучок позитронов. Генератор создавал большие порции антиматерии, но установка была громоздкой и дорогостоящей.

Недавно мы писали о том, что группа физиков из Техасского университета создала "настольный" ускоритель частиц, который не уступает мощностью уже существующим установкам, но при этом обладает крайне компактными размерами.

Джанлука Сарри (Gianluca Sarri) из университета Королевы в Белфасте и его команда, как и их американские коллеги, создали бюджетное и компактное устройство, способное производить позитроны.

Детище Сарри и его коллег можно назвать настоящей позитронной пушкой: её длина не превышает и метра, но при этом мощности ей не занимать. Принцип работы устройства следующий. Луч петаваттного лазера направляется на облако инертного газа гелия. Возникает пучок электронов, который направляется на очень тонкую металлическую пластинку. Эти частицы сталкиваются с отдельными атомами металла. Эти столкновения порождают электроны и позитроны, которые разделяются при помощи магнитов.

Физики сообщают, что каждый "выстрел" из позитронной пушки длится всего 30 фемтосекунд. Напомним, что фемтосекунда это 10-15 секунды. В результате каждого импульса производятся квадриллионы позитронов, а это значит, что установка работает не хуже тех, что находятся в ЦЕРНе.

Сравнивая своё изобретение с традиционными установками, Сарри рассказывает: "Как правило, для работы генератора антиматерии необходим очень мощный лазер, который стоит очень дорого. К тому же, производимый пучок частиц получается слишком широким. Мы производим струю позитронов, которая в сотню раз уже обычной, что очень важно для дальнейшего исследования".

У "пушки" есть, конечно же, и недостатки. В первую очередь нужно сказать, что настольный генератор не решает проблемы удерживания антиматерии. Как известно, при её взаимодействии с материей происходит аннигиляция. Чтобы антиматерия оставалась стабильной, необходимо охлаждать античастицы. Но "настольная" установка стреляет раскалёнными потоками частиц, движущихся со скоростью близкой к световой.

Поскольку искусственно сгенерированные позитроны ничем не отличаются от тех, что выбрасывают пульсары и чёрные дыры, при помощи новой позитронной пушки можно будет подробно изучить природу космических потоков античастиц.

Изучение антиматерии важно не только для астрономов, но и для всех, кто ищет разгадку Барионной асимметрии Вселенной: учёные до сих пор не могут сформулировать чёткого объяснения преобладания материи над антиматерией.

О своём изобретении и принципах работы установки Сарри и его коллеги рассказали в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.

По публикациям UkrNet