Книга Бытия. Общая история происхождения - [27]

Сегодня может быть описан потенциал нового скалярного поля и лучше понят механизм процесса, сыгравшего такую важную роль в создании материальной составляющей нашей Вселенной.

Возможно, в том таинственном моменте скрыта разгадка тайны антиматерии, поэтому после открытия бозона Хиггса стали возникать новые гипотезы.

Впервые идея антиматерии возникла в 1928 году, она родилась практически случайно из расчетов Поля Дирака. Молодой английский ученый – в то время ему было только двадцать шесть лет – пытался построить теорию, которая бы объясняла поведение субатомных частиц при высоких энергиях. Чтобы сделать это, надо было как-то помирить квантово-механическое описание с преобразованиями, сохраняющими релятивистские эффекты. Когда он вывел релятивистское уравнение движения для электронов, то с изумлением обнаружил, что это же уравнение остается справедливым и для положительно заряженных электронов. И то, что поначалу казалось лишь формальным совпадением, вскоре стало рассматриваться как открытие еще одной фундаментальной симметрии в природе. Релятивистская квантовая механика говорит, что для всякой заряженной частицы должна существовать и другая частица с точно такой же массой, но противоположным зарядом – сегодня мы называем ее античастицей.

Мысль о том, что могут существовать элементарные компоненты антимира, была настолько странной, что ее долго никто не воспринимал всерьез. Но ситуация изменилась, когда еще один молодой физик, на сей раз из Калтеха, двадцатисемилетний Карл Дэвид Андерсон, обратил внимание на какие-то странные следы, остававшиеся в детекторе, при помощи которого он изучал космические лучи. После бесконечных проверок он пришел к однозначному выводу: это были частицы с такой же массой, как у электрона, но с противоположным зарядом. Так были открыты первые позитроны: антиматерия оказалась хоть и редким, но вполне реальным компонентом нашего материального мира.

С этого момента с неумолимой регулярностью по мере расширения каталога новых элементарных частиц параллельно обогащался также и каталог их партнеров с противоположным зарядом.

Антиматерия стала таким образом довольно обычным делом. Она производилась на многих ускорителях, по большей части для исследования ее свойств, но также для использования в некоторых клиниках в медицинских целях. Наиболее известный пример – позитронно-эмиссионная томография, диагностический метод, в котором изображение функционирующих органов строится на основе излучения, образуемого при аннигиляции электронов и позитронов.

Одно из свойств, больше других захватившее воображение людей, как раз это: частица и античастица, приходя в непосредственный контакт, превращаются в пару фотонов с энергией, эквивалентной массе исходной системы. Этот наиболее эффективный способ превращения материи и антиматерии в энергию стал основой для множества научно-фантастических романов.

В самом деле, никакая другая реакция не в силах состязаться с аннигиляцией. Энергия, которая может высвободиться при контакте одного килограмма материи с одним килограммом антиматерии, в двести семьдесят пять[15] раз больше энергии, которая образуется в ходе термоядерной реакции, превращающей килограмм водорода в гелий, и в четыре миллиарда раз больше энергии, получаемой при сжигании одного килограмма бензина. Проблема заключается только в том, что пока никому не удалось найти эффективного способа получения больших количеств антиматерии. Ускорители производят античастицы в ничтожных количествах за счет колоссальных энергетических и материальных затрат. Было подсчитано, что на производство десяти миллиграммов позитронов требуется двести пятьдесят миллионов долларов. Иначе говоря, грамм антиматерии обошелся бы в двадцать пять миллиардов долларов, оказавшись самым дорогим и самым редким веществом на Земле – причем с очень большим отрывом. Так что строить космические корабли, приводимые в движение благодаря антиматерии, как “Энтерпрайз” в фильме “Звездный путь”, пока что не получится.

С самых первых сформулированных вариантов концепцию антиматерии сопровождал вопрос, на который физика так пока и не смогла дать ответ: если уравнения симметричны и одинаково описывают поведение и материи, и антиматерии, почему в нашем мире доминирует материя? Естественно думать, что в конце инфляционной фазы избыточная энергия извлекла из вакуума материю и антиматерию в равных количествах. Но похоже, что потом антиматерия напрочь исчезла из окружающей нас Вселенной. Что с ней случилось?

Поисками ответа на этот вопрос занимаются тысячи исследователей, мысль которых движется различными путями. Первая гипотеза заключалась в том, что большие концентрации антиматерии могли просочиться в некие пока еще не изученные области пространства – и там существуют целые миры из антиматерии, галактики из антипротонов и позитронов, только они пока что ускользают от наших наблюдений.

Вторая исследовательская гипотеза предполагала, что все дело в незначительной разнице в поведении материи и антиматерии, маленькой аномалии, которая нарушила исходную симметрию и оказалась всему причиной. Были проведены очень подробные исследования, и в самом деле обнаружившие различные механизмы, дающие материи небольшое преимущество в процессах распада частиц и античастиц. Эта разница заложена в Стандартной модели, но она оказывается слишком маленькой, чтобы объяснить весь тот избыток частиц над античастицами, который мы наблюдаем вокруг.