PRO Антиматерию

В настоящее время Фермилаб занимается коллайдерными экспериментами, экспериментами с фиксированной мишенью, с нейтрино, астрофизическими опытами и наблюдательными проектами, у нее есть свои ускорительные программы. Самая известная исследовательская установка Фермилаб – коллайдер Теватрон, который закончил свою работу 30 сентября 2011 года. Он расположен в подземном кольцевом туннеле длиной 6,28 км. На 1 января 2007 года этот коллайдер был ускорителем с самой большой в мире энергией пучков частиц и светимостью, но позднее, в 2009 году, уступил первенство Большому адронному коллайдеру.

Следующий крупнейший в мире коллайдер может быть построен в Фермилаб – если удастся решить вопрос с финансированием. Главной заявленной целью является разработка и строительство электрон-позитронного коллайдера, но маловероятно, что это произойдет в ближайшие годы. Конгресс США (а Фермилаб финансируется из американского бюджета, в отличие от ЦЕРН, средства на которую выделяют все страны-участники) сократил финансирование в четыре раза, уже уволено около ста сотрудников и предстоит очередное сокращение персонала. Так что прорывов в изучении антиматерии скорее следует ожидать от ЦЕРН.

Странное поведение странных частиц

Швейцарский физик Эрнест Штекельберг, работая в нейтральной Швейцарии во время Второй мировой войны, когда в других частях Европы шли ожесточенные бои, высказал предположение, что античастицу можно рассматривать как частицу, путешествующую во времени назад. Идея Штекельберга была опубликована в одном малоизвестном швейцарском журнале в 1941 году, и в то время, конечно, мало кто обратил на нее внимание, в особенности в международных масштабах. Через восемь лет такую же идею высказал Ричард Фейнман, о котором мы рассказывали выше. Война к тому времени закончилась, Фейнман был известным ученым и смог донести свою идею до широких слоев общественности. Штекельберг считал себя обделенным. Но когда его спросили, почему он не опубликовал соответствующие статьи в крупнейших журналах или хотя бы американском Physical Review, который читают по всему миру, он отвечал, что шла война, и он не смог найти художника, который должным образом нарисовал бы необходимые графики и диаграммы, которые требовались для представления идеи. Напоминаем, что компьютеров в те времена не было, но все равно слова о необходимости привлекать художника звучат странно. Ведь требовалось нарисовать несколько прямых линий, соединенных кривыми. Но все равно похоже, что мы должны считать Штекельберга автором идеи о том, что античастицы – это частицы, путешествующие во времени назад.

В сознании тут же возникают образы по-настоящему экзотической антиматерии. Мы смотрим на позитроны и думаем, что это электроны, прибывшие из будущего. Определенно, время не может идти в обратном направлении и проявляться через то, что мы называем антиматерией. Миры из антиматерии не проходят сквозь наш, появляясь из будущего вместе с античужими, которые каждый антидень становятся все моложе и моложе вместо старения. Чтобы посмотреть, как антиматерия и обратный ход времени связаны с материей, нам вначале нужно понять, как базовые законы физики соотносятся со временем и как появилось наше восприятие времени.

Для больших кусков материи, включая живых существ, время – это иллюзия, включающая законы случайности, которые применяются к большим количествам атомов. Цветы вянут, наши тела стареют, из яиц вылупляются птенцы, и яйца при этом не могут собраться назад. Когда порядок превращается в беспорядок в широком смысле, возникает интуитивное ощущение течения времени, и эта концепция совсем не является очевидной после того, как посмотришь на фундаментальные законы физики.

Движением на любых уровнях и в любых масштабах, от планет до бильярдных шаров, управляют законы Ньютона, которые не проводят различий между будущим и прошлым. Если бы нам удалось заглянуть в прошлое и посмотреть, как там планеты двигались по орбитам вокруг Солнца, это движение оказалось бы ничем не отличающимся от того, что мы наблюдаем сегодня. Если посмотреть на движение планет в зеркале, то оно тоже будет точно таким же. То есть законы Ньютона неизменны и постоянны, даже если к ним применить обратный ход времени или зеркальную симметрию. Базовые уравнения работают независимо от того, в какую сторону вы пустите часы.

Отдельные атомы совершенно не волнует, в какую сторону направлена стрела времени, но их взаимодействия, в результате которых они перестраиваются и их переносит с места на место, дают наборы атомов, в которых, вероятно, может наблюдаться беспорядок и дезорганизация. Это происходит потому, что есть и другие возможные варианты: атомы должны быть соединены только одним определенным образом, чтобы получилось яйцо, но если оно разобьется, есть бесчисленное количество вариантов кусочков и того, как они упадут.