Исследователи близки к разгадке главной тайны Вселенной

Гигантский детектор нейтрино Super-K, расположенный в глубокой шахте, заполненной водой, зафиксировал новый тип превращения элементарной частицы: мюонное нейтрино стало электронным. И это крайне воодушевило международный коллектив ученых проводивших эксперимент Т2К (Tokai-to-Kamioka) на японском ускорителе J-PARC (Japan Proton Accelerator Research Complex) в Токае.

- Эти исследования могут пролить свет на роль нейтрино в том, почему во Вселенной больше вещества, нежели антивещества, то есть явиться ключом к разгадке одной из тайн природы, - заявил корреспонденту ИТАР-ТАСС директор Института ядерных исследований (ИЯИ) Российской академии наук, академик-секретарь Отделения физических наук РАН Виктор Матвеев. - Возможно также появление новых и, весьма вероятно, совершенно неожиданных результатов.

Японский детектор нейтрино расположен в шахте, залитой 50000 тонн воды

Неравенство вселенского масштаба

По теории, у каждой материальной частицы во Вселенной есть двойник - античастица. Она такая же по массе, но другого заряда. "Нормальная" материя состоит из "положительных" протонов, нейтронов и "отрицательных" электронов. Антиматерия - из "отрицательных" антипротонов, антинейтронов (с противоположным магнитным моментом) и "положительных" позитронов.

Образно говоря, частицы и античастицы, материя и антиматерия равны перед Богом. То есть, в момент рождения Вселенной - в результате Большого Взрыва или чего-то там еще - вещества и антивещества должно было бы образоваться поровну. Но по какой-то невероятно загадочной причине возник перекос. По-научному, его называют барионная асимметрия.

В результате непонятных пока процессов случилось так, что вещество есть - оно кругом, а антивещества не видно. И надо сильно постараться, чтобы его добыть.

Причину возникновения асимметрии ищут. В том числе и с помощью экспериментов на Большом Адронном Коллайдере (БАК), в которых воспроизводят условия, существовавшие в первые мгновения жизни Вселенной. Ведь по одной из гипотез, вещество взяло верх над антивеществом то ли в сам момент Большого взрыва, то ли почти мгновенно после него.

С другой стороны, нет абсолютной уверенности в том, что вещество доминирует везде. Во всех уголках Вселенной. Может быть, где-то существуют так называемые антимиры. Так вот, вполне вероятно, что эксперименты в Японии - с нейтрино - позволят подобрать к ним ключи.

Три товарища

Нейтрино - очень легкие элементарные частицы. Одно время полагали, что они вообще лишены массы, поэтому так запросто проникают сквозь любое вещество. Например, прошивают насквозь нашу Землю, словно бы ее и нет на пути. Однако выяснилось, что масса у нейтрино все же есть. По данным ИЯИ РАН она не превышает стотысячной доли от массы крошки-электрона.

Ныне ученые различают нейтрино трех видов - электронные, мюонные и тау. И признают, что за ними водятся чудеса: одни нейтрино могут превращаться в другие. До японских экспериментов было известно о двух таких превращениях. Теперь выяснилось, что существует и третье: мюонное нейтрино способно "обернуться" электронным. Как лягушка - Василисой Прекрасной.

Эффект чудесного превращения - так называемой осцилляции - и был обнаружен с помощью детектора в шахте с водой. То есть, в ускорителе получили мюонные нейтрино, направили на детектор, находящийся почти в 300 километрах, а там зафиксировали уже электронные нейтрино.

"Третье чудо" сделало картину возможных превращений полной. И позволило предположить, что подобные процессы с участием нейтрино и привели в итоге к перекосу во Вселенной - асимметрии, выражаясь научным языком. К преобладанию вещества над антивеществом.

Как полагают ученые, превращения среди нейтрино двух видов не могут привести к асимметрии между материй и антиматерией. А осцилляции между тремя - уже способны. Благодаря дополнительным степеням свободы.

- Не исключено, что существуют еще не известные нам физические законы, - сказал в интервью ВВС один из участников эксперимента профессор Дейв Уарк (рrofessor Dave Wark, of Imperial College London). - Ведь те, которые нам известны сейчас, не позволяют объяснить явный перевес материи над антиматерией. Физика нейтрино - это как раз та многообещающая область, где эти законы могут прятаться.

А В ЭТО ВРЕМЯ

В ЦЕРНе ловят и удерживают антиводород

Физики, работающие в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН), идут другим путем к тайнам антиматерии - пробуют исследовать саму эту экзотическую субстанцию. Они создали антиводород. Сумели наловить его атомы и удержать в "магнитной бутылке". Спустя всего 10 лет у сюжета фантастического романа Дэна Брауна "Ангелы и демоны" появилась реальная научная основа.

В романе антивещество получают конкретно в ЦЕРНе - в Швейцарии, хотя на Земле построены не менее десяти подходящих установок. У швейцарских ученых антивещество и воруют злоумышленники. Выносят, чтобы потом выпустить и взорвать.

В 2000 году, когда "Англы и демоны" только вышли в свет, в ЦЕРНе как раз был запущен так называемый антипротонный деселератор (Antiproton Decelerator) или накопительное кольцо - устройство, замедляющее антипротоны.

С помощью кольца в 2002 году физики впервые добыли ощутимое количество антивещества - примерно 50 тысяч атомов антиводорода. Добыли, но не наловили. Все полученное антивещество мгновенно самоуничтожалось - аннигилировало, взаимодействуя с нормальным - нашим - веществом.

Ныне же физикам, участвовавшим в эксперименте ALPHA (Antihydrogen Laser Physics Apparatus), удалось еще и собрать полученные атомы антиводорода в хитрую ловушку - так называемую "магнитную бутылку".

В ноябре прошлого года антивещество удалось удержать ничтожные доли секунды. На днях - рекордные 16 минут! Явный прогресс.

Атомы антиводорода были синтезированы в результате взаимодействия антипротонов из деселератора и позитронов, которые излучал радиоактивный изотоп натрия. Они получились электрически нейтральными. Но слабыми магнитными свойствами все же обладали. Это и позволило наловить чуть-чуть атомов антиводорода в ловушку, внутри которой было создано весьма сложно магнитное поле. И созданы условия, при которых антивещество было изолировано от вещества - стенок ловушки.

В ловушку поместил "свое" антивещество и Дэн Браун. Но сильно ошибся в размерах. У писателя она переносная. Реальное же приспособление для хранения антиводорода весит несколько тонн. И тем не менее автор "Ангелов и демонов", по большому счету, предугадал научную тенденцию. Всего-то 10 лет прошло. А кто знает, какого прогресса достигнуть физики еще через декаду? Вдруг дело дойдет и до переносных ловушек? И ни до считанных атомов антивещества, а до граммов?

Ловушка антиматерии из фильма "Ангелы и демоны"

Так на самом деле выглядит магнитная бутылка

ЦИТАТА В ТЕМУ

Тропы еще в антимир не протоптаны,

Но, как на фронте, держись ты!

Бомбардируем мы ядра протонами,

Значит, мы - антиллеристы.

(Владимир Высоцкий, из марша студентов-физиков)

ОБЛОМ

У Бога больше нет для нас частиц

Бозон Хиггса - так называемая «Божественная частица», ради поимки которой был построен Большой адронный коллайдер (БАК) стоимостью 10 миллиардов долларов, скорее всего не существует.

Еще год назад, экспериментируя на БАКе, физики обнадеживали друг друга и общественность: мол, бозон Хиггса - эта «Божественная частица», она же «Частица Бога», представляющая собой основу мироздания, вот-вот будет обнаружена. Теперь же они - физики, похоже, опустили руки и готовы сдаться. То есть объявить, что такой частицы и вовсе нет. По крайней мере искренние сомнения в том, что Бог когда-нибудь покажет припрятанную от нас частицу, прозвучали на недавней конференции в индийском Мумбаи в выступлениях ведущих ученых, работающих на БАКе. А именно - из уст директора по исследованиям Европейского центра ядерной физики Серджио Бертолуччи и начальника одного из детекторов Гвидо Тонелли.

Читать далее.