І антиречовину на що-небудь згодиться
По-моєму, фізика елементарних частинок займає серед інших природничих наук перше місце за кількістю смішних термінів. Де ще негативний мюон і мюонне нейтрино обмінюються векторних бозоном? Або дивний кварк і зачарований кварк обмінюються глюонів?
Паралельно з незліченною на перший погляд безліччю частинок з дивовижними назвами існує Всесвіт античастинок, які в сукупності називаються антиречовиною. Незважаючи на популярність в науково-фантастичній літературі, антиречовину абсолютно точно не фантастика, а справжнісінька реальність. Правда, воно дійсно анігілює при контакті із звичайною речовиною.
Пристрій Всесвіту говорить про особливі романтичні стосунки частинок з античастинками. Вони народжуються разом з чистої енергії - і іноді і вмирають (анігілюють) теж разом, і їх сукупна маса перетворюється назад в енергію. У 1932 році американський фізик Карл Девід Андерсон відкрив антиелектрон (зазвичай званий позитроном), позитивно заряджену частинку антиречовини, відповідну негативно зарядженого електрона. З тих пір в прискорювачах по всьому світу раз у раз створювалися всілякі античастинки, проте в цілі атоми вони почали складатися лише недавно. Міжнародна дослідницька група, якою керує Вальтер Елерт з Юліхского дослідного центру в Німеччині, створила атоми, в яких антиелектрон прекрасно зв'язується з антипротонів. Знайомтеся - антіводород! Перші антиатоми були створені в Женеві, в прискорювачі Європейської організації з ядерних досліджень, відомої під скороченою французькою назвою ЦЕРН, завдяки якій було зроблено багато відкриттів в області фізики елементарних частинок.
Суть методу дуже проста: треба створити пучок антиелектрона і пучок антипротонів, зіштовхнути їх при підходящої температурі і щільності і сподіватися на те, що вони з'єднаються в атоми. В ході першого раунду експериментів група Елерт отримала дев'ять атомів антиводню. Однак у світі, де переважає звичайну речовину, життя атома антиречовини важка і повна небезпек. Антиводень прожив менше 40 наносекунд (40 мільярдних секунди), після чого анігілював зі звичайними атомами.
Відкриття антиелектрона стало одним з найбільших тріумфів теоретичної фізики, оскільки його існування передбачив всього за кілька років до цього англійський фізик Поль А. М. Дірак. Дірак виявив два набору рішень рівняння для енергії електрона - одна позитивна і одна негативна. Позитивне рішення відповідало якостям звичайного електрона, а ось отрицательнее спочатку було незрозуміло, у нього немов би не було ніяких відповідностей в реальному світі.
Рівняння з двома рішеннями зустрічаються часто-густо. Найпростіший приклад: «Яке число при множенні саме на себе дасть 9?» Три або мінус три? Зрозуміло, обидві відповіді вірні, оскільки 3 x 3 = 9 і (-3) x (-3) = 9. Рівняння ніколи не гарантують, що їх рішення мають відношення до подій і явищ реального світу, але якщо математична модель фізичного явища вірна, то маніпулювати з її рівняннями так само корисно, як і маніпулювати з усією Всесвіту, і при цьому куди як простіше. Як і у випадку з Дираком і антиречовиною, подібні досліди часто призводять до гіпотез, які можна перевірити, а якщо не можна, значить, від теорії доведеться відмовитися. При будь-якому фізичному результаті математична модель забезпечує логічність і внутрішню несуперечливість висновків.