Антиматерия: 62,5 триллиона долларов за грамм и загадка барионной асимметрии

Антиматерия — это не фантастика. Это самое дорогое вещество во Вселенной, которое мы уже научились создавать. Один грамм стоит 62,5 триллиона долларов. Для сравнения: это годовой бюджет США, умноженный на два. Или 625 000 лет работы среднего московского офиса. Но цена — лишь верхушка айсберга. Куда интереснее то, что антиматерия — это идеальное зеркало нашего мира, которое может исчезнуть в любой момент, превратившись в чистую энергию.

Давайте разберемся, что это за зверь, почему он стоит таких денег и зачем нам вообще его ловить.

Зеркальный мир: не фокус, а физика

В 1928 году физик Поль Дирак сел за уравнение. Он пытался объединить квантовую механику и теорию относительности. И вдруг математика выдала странный результат: у электрона должен быть двойник. С такой же массой, но с положительным зарядом. Коллеги крутили пальцем у виска. Но через четыре года этот двойник нашли в космических лучах. Назвали позитроном.

Потом открыли антипротон, антинейтрон. Оказалось, что из этих частиц можно собрать целые атомы — антиводород, например. Он выглядит как обычный водород. Но стоит ему коснуться обычного вещества — происходит аннигиляция. Частицы и античастицы взаимно уничтожаются, превращая всю свою массу в энергию по формуле E=mc². Никакого ядерного распада — чистое, мгновенное превращение материи в излучение.

И вот тут начинается самое странное.

Почему мы вообще существуем? (Спойлер: повезло)

Согласно теории Большого взрыва, в первые мгновения материи и антиматерии должно было родиться поровну. Если бы это было так, они бы тут же проаннигилировали. Все. Ни звезд, ни планет, ни нас с вами. Осталось бы только пустое пространство и фотоны.

Но мы есть. Галактики есть. Значит, в самом начале произошел крошечный перекос. Примерно на одну миллиардную долю. На каждые миллиард пар «частица-античастица» нашлась одна лишняя частица материи. Вот из этого «мусора» и состоит весь видимый мир. Почему так вышло — одна из главных загадок физики. Ее называют барионной асимметрией.

Недавно я заметил странную вещь: в новостях об этом пишут как о скучной теории. Но вдумайтесь: мы живем на планете, которая образовалась из-за ошибки в расчетах Вселенной. Мы — космический брак. И это прекрасно.

Как создают самое дорогое вещество в мире

В природе античастицы появляются редко. Например, во время грозы или под ударами космических лучей. Но живут они наносекунды. Поэтому ученые пошли другим путем — строят ускорители.

В чем суть: Берем протон, разгоняем до околосветовой скорости в коллайдере (вроде Большого адронного коллайдера в ЦЕРНе). Врезаем им в мишень. В результате столкновения рождается ливень частиц. И очень редко — античастица. Вероятность ничтожна. Энергии уходит — как на небольшой город.

Цифры говорят сами за себя:

• За десятилетия работы ЦЕРН синтезировал примерно 10 нанограммов антивещества.
• Чтобы получить 1 грамм, при нынешних технологиях потребуется миллиарды лет.
• Стоимость производства 1 грамма — 62,5 триллиона долларов. Это не рыночная цена, а чистая себестоимость электроэнергии.

Никто не продает антиматерию килограммами. Это не товар, а научный инструмент. Который еще и хранить — та еще задача.

Как удержать то, что уничтожает все

Вы не можете налить антивещество в пробирку. Оно коснется стенок — и взрыв. Не ядерный, но мощный. Поэтому используют ловушки Пеннинга. Это такие камеры с мощным магнитным полем и сверхглубоким вакуумом. Поле заставляет заряженные античастицы левитировать. Они висят в пустоте, не касаясь ничего.

Звучит фантастически. Но практическая польза уже есть. Позитроны — те самые антиэлектроны — используют в медицине. ПЭТ-сканеры (позитронно-эмиссионная томография) вводят в организм пациента радиофармпрепарат, который испускает позитроны. Те аннигилируют с электронами тела, и по вспышкам излучения компьютер строит трехмерную картинку. Так находят рак на ранних стадиях. Каждая доза — это буквально несколько миллиардов античастиц, которые живут доли секунды.

Резюме от автора

Антиматерия — это не про энергию будущего. Забудьте про звездолеты на аннигиляции. Пока это слишком дорого и нестабильно. Это про другое. Про то, как мы пытаемся понять, из чего сделан мир и почему он не исчез в первую же секунду. Каждая пойманная в ловушку частица — это микроскопический ключ к макроскопической тайне. И за эти ключи мы платим триллионы. Потому что вопрос «Почемучто-то есть, а не ничего?» стоит того.

По материалам: iXBT