Мільярди античастинок отримані і без колайдера
Поки європейські фізики намагаються запустити Великий адронний колайдер, американці шукають, як би його замінити чимось дешевшим. Їм навіть вдалося створити мільярди частинок антиречовини за допомогою ультрапотужного імпульсного лазера.
Співробітники Ліверморської національної лабораторії ім. Лоуренса міністерства енергетики США під керівництвом Хуі Чен повідомляють, що знайшли спосіб отримувати у величезних кількостях частинки антиречовини, причому у звичайній лабораторії, а не на величезних прискорювачах. Вони описують експеримент як дуже простий: береться шматочок золота розміром із головку канцелярської кнопки, просвічується наскрізь лазером і виходить понад сто мільярдів частинок антиречовини.
Антивеществом у разі стали позитрони – «антидвійники» електронів. Ці елементарні частинки мають маси спокою і спин такі ж, як електрон, тільки заряд у них не -1, а +1.
«Ми вступили в нову еру, - пише фізик з LLNL Пітер Бейєрсдорфер (Peter Beiersdorfer). – Ми зараз можемо дивитися на антиречовину, майже якби вона лежала у нас на долоні. Нам здається, що наслідком нашої роботи стане будівництво цілого центру дослідження антиречовини, який використовуватиме лазер як фабрику з виробництва дешевої антиматерії». Вже зараз, на думку дослідників, можливість отримання великої кількості позитронів у маленьких лабораторіях відкриває нові можливості для різних досліджень і відкриттів.
Поняття «маленька» та «дешева» у фізиків, до речі, дуже специфічні. В експерименті використовувалася не якась лазерна указка, а імпульсний петаваттний лазер TITAN (пета - 10 15, тобто мільйон мільярдів). Лазерний комплекс займає декількакімнат і коштує понад $10 млн. А потужність його імпульсу у понад тисячу разів перевищує потужність електроенергії, яку виробляють всі електростанції США. Однак поряд із традиційними прискорювачами, в яких зараз масово отримують позитрони, TITAN справді виглядає крихтою. Наприклад, довжина основного кільця Великого адронного колайдера, який у всіх на слуху – близько 27 км, а загальна вартість цього проекту перевищує $8 млрд.
Суть експерименту
Як же такий «недорогий» та «невеликий» прилад здатний допомогти у справі утворення антиречовини? Лазер, який використовували американські фізики, імпульсний: він «світить» протягом лише десяти фемтосекунд (1 фс = 10 -15 сек.), але при цьому дуже щільним і потужним світловим пучком. Тиск такого світла – десятки петапаскаль (у сотні мільярдів разів вищий за атмосферний тиск). Це величезний тиск. І якщо такий тиск направити на ціль з важкого металу, наприклад золота, з нього «вибиваються» електрони, що мають надвисокі енергії. Такий електрон випускає гамма-квант з енергією понад 2 мегаелектронвольти. Цей гамма-квант, або фотон, взаємодіє з електромагнітним полем ядра золота та «антіанігілює». У цьому народжується пара электрон-позитрон.
Електрони та позитрони поводяться практично однаково, за одним винятком: в електромагнітному полі вони відхиляються у протилежному напрямку. Саме ця особливість їхнього руху і дозволила фізикам реєструвати частки та античастинки окремо.
Взагалі, це перший досвід отримання позитронів з допомогою потужного імпульсного лазера. Близько десяти років тому ліверморські дослідники вперше виявили цей ефект під час дослідів на першому своєму петаваттному лазері NOVA. Саме тоді фізики помітили, що з використанням золотавиробляється особливо багато позитронів, тобто благородний метал виступає як каталізатор процесу «антианігіляції».
Можливість отримувати велику кількість позитронів більш менш недорогим способом порадує насамперед астрофізиків. Можливо, наземні експерименти допоможуть їм глибше проникнути в суть таких космічних явищ, як чорні дірки та гамма-сплески. А також зрозуміти нарешті, чому наш Всесвіт складається в основному з нормальної речовини і куди поділася антиречовина після Великого вибуху.