Получена самая тяжелая античастица

Недавно были опубликованы результаты экспериментов, проводимых на коллайдере RHIC (США), в результате которых физикам удалось получить самый тяжелый на данный момент элемент антиматерии. Это антипод изотопа гелия-4. Несмотря на то, что время его жизни составляет триллионную долю секунды, ученым удалось исследовать его строение и основные свойства.

Собственно говоря, сам эксперимент, в котором удалось получить наиболее тяжелое на данный момент антивещество, проводился еще в конце прошлого года. Однако показания детекторов были расшифрованы только сейчас. Они подтвердили, что физикам действительно удалось получить антигелий-4, точнее говоря, ядро этого антиэлемента, состоящее из двух антипротонов и двух антинейтронов.

Как следует из названия, антигелий-4 является атомом, противоположным самому распространенному в природе стабильному изотопу гелия. Именно он составляет приблизительно 99,9 процента запасов гелия на Земле. Его ядро, как и положено, имеет два протона и два нейтрона. Оно отличается поразительной стабильностью — несмотря на свою относительную "тяжесть" гелий-4 совершенно не имеет склонности к радиоактивному распаду и термоядерным реакциям синтеза.

Ученые объясняют эту "странность" тем, что сумма энергий связи двух ядер гелия больше, чем энергии связи частиц в ядре бериллия-8 — элемента, в который по идее должен превратиться гелий после термоядерной реакции. Также было замечено, что многие другие радиоактивные изотопы часто распадаются с образованием ядра гелия-4, называемого также альфа-частицей (а сам процесс, соответственно, именуется альфа-распадом), которая больше уже ни на что не распадается. Исходя из этого физики предполагают, что и антигелий-4 также будет отличаться большой стабильностью.

Для того, чтобы получить эту долгожданную античастицу, ученым, работающим на релятивистском коллайдере тяжелых ионов, расположенном в Брукхейвенской национальной лаборатории (Нью-Йорк), пришлось устроить столкновение ионов золота на скорости, близкой к скорости света. По мнению физиков, этот процесс отдаленно напоминает условия, наблюдавшиеся после Большого взрыва. В таких столкновениях с равной долей вероятности могут возникнуть субатомные частицы — кварки и антикварки. Также в результате подобной микроскопической "аварии" создаются новые атомы и антиатомы, правда последние при контакте друг с другом достаточно быстро аннигилируют (то есть взаимно уничтожаются).

Но даже при скрупулезном соблюдении всех условий эксперимента получить любое антивещество все равно не так-то просто. По словам исследователей, для того, чтобы обнаружить всего 18 атомов антигелия-4, им потребовалось провести 1,5 триллиона атомных столкновений в кольце атомного ускорителя. Это не могло не сказаться на самом ускорителе — Уильям Бринкман, директор по научным исследованиям Министерства энергетики США, говорит, что во время поиска антигелия коллайдеру пришлось работать на предельных мощностях. Так что новых, еще более тяжелых антиэлементов, в ближайшее время, скорее всего, уже не будет обнаружено, так как придется ждать ввода в строй нового оборудования.

Да и срок жизни антигелия-4 весьма короток — он существует всего-то 1/100-триллионную секунды. Тем не менее детекторы ускорителя успели не только зафиксировать, но и внимательно изучить это антивещество. По их данным, ядро самого тяжелого антиэлемента состоит из 12 антикваров (о том, что такое кварки, читайте в статье "Ученым удалось потрогать частицу бога"). Также поблизости от него было отмечено нескольких позитронов — то есть частиц, являющихся антиподами электронов (по сути дела, те же электроны, только с положительным зарядом). Однако сказать наверняка, связаны они как-нибудь с ядрами антигелия или просто "мимо пролетали", пока достаточно сложно.

Ряд сотрудников лаборатории уверены, что после ремонта и оснащения новым оборудованием коллайдер будет уже вполне готов для получения антилития, который, как мы помним, по идее является еще более тяжелым элементом, чем антигелий. Правда, аналитики несколько охладили их пыл — по предварительным расчетам, количество ядер антилития, которые планируется получить в следующей серии экспериментов, будет приблизительно в два миллиона раз меньше, чем ядер антигелия-4.Так что еще не понятно, стоит ли овчинка выделки. Поэтому руководство планирует в данный момент предложить сотрудникам лаборатории более детально изучить ядра антипода гелия-4.

Подобный интерес к исследованиям данного антиэлемента объясняется еще и тем, что в ближайшее время Детектор AMS-02 (Alpha Magnetic Spectrometer), созданный учеными из 16 стран, отправится в космос на шаттле "Индевор", где в течение десяти лет на борту МКС будет отыскивать следы темной материи и антиматерии в потоках космических лучей. Этот чудо-аппарат специально настроен именно на поиск следов антигелия-4.

Согласно данным, полученным на предшественнике нового детектора, AMS-01, соотношение антигелия к гелию во Вселенной составляет примерно одну миллионную. Однако AMS-02 чувствительнее примерно в тысячу раз, так что ему, возможно, удастся обнаружить эти античастицы в природе. И если подобное произойдет, то у ученых появится возможность сравнить "лабораторный" и природный антигелий. И если подобное сравнение подтвердит их идентичность, то это будет самым хорошим доказательством предположения, что антиматерия действительно существует в природе, а не является "побочным эффектом" экспериментов физиков.

Антон Евсеев