Вокруг Света 2003 № 09 (2756) - [18]

Самые скрытные области антиматерии и скрытая масса

Одной из основных нерешенных космогонических проблем является, как это ни удивительно, само существование звезд. Дело в том, что с точки зрения квантовой механики свойства частиц и античастиц практически идентичны. Тогда почему же все вещество во Вселенной состоит только из частиц? Объяснений много, но общепризнанного – нет. А может быть, существуют хотя бы относительно небольшие области антиматерии? Их поиски уже ведутся. Обнаружить такие области можно только по процессу аннигиляции на ее границе. Аннигиляция, иначе говоря, взаимное уничтожение частицы и античастицы с образованием других частиц, например, фотонов, наверняка происходила на раннем этапе жизни нашей Вселенной.

Сохранившиеся реликтовые области антиматерии могли бы быть обнаружены по потокам фотонов, летящих от них на Землю. Энергия таких фотонов зависит от типа аннигилирующих частиц и может достигать 10—100 млн. электрон-вольт. Так что встреча Мира и Антимира, возможно, постоянно происходит в нашей Вселенной, просто мы ничего пока не знаем об этих драматических событиях. Не вызывает сомнения лишь постоянная аннигиляция электронов и позитронов, поскольку один из пиков на рентгеновском спектре различных источников (0,5 МэВ) почти всегда ассоциируется с этим процессом. Кстати, если это происходит вблизи поверхности нейтронной звезды, то достаточно хорошо заметно гравитационное красное смешение гамма-квантов, вырвавшихся из мощнейшего поля тяготения. Аннигилировать могут не только известные нам элементарные частицы, но и все остальные, еще неведомые землянам, в том числе и темная, или, точнее, скрытая, материя – одна из основных загадок современной космологии. Давно было обнаружено, что в галактиках наряду со звездами присутствует материя, невидимая никакими приборами. Единственное, что выдает ее присутствие, – это гравитация. Одно из возможных объяснений этого таково: в галактиках, наряду с известными частицами, имеются частицы неизвестного типа, слабо взаимодействующие с окружающей средой. Если же такая частица сталкивается со своей античастицей, то происходит аннигиляция. Часть фотонов, являющихся продуктами такой аннигиляции, должна попадать на Землю. Детектируя эти фотоны, ученые надеются определить состав скрытой материи, никак по-другому не видной.

Самые неуловимые кванты-гиганты

Первая космическая обсерватория «Ухуру» («свобода» – на языке суахили и одновременно единица измерения потока рентгеновских квантов, пролетающих через 1 см2 за 1 секунду), запущенная американцами в 1970 году, смогла зафиксировать гамма-излучение от более чем 350 источников галактического и внегалактического происхождения. Однако оказывается, что наряду с непрерывным потоком, измеряемым миллиардами гамма-квантов в секунду, существуют такие кванты, которые падают на нашу Землю всего по одному в секунду. Речь идет о частицах с энергиями, измеряемыми миллиардами гигаэлектрон-вольт. Это могут быть и заряженные частицы, как, например, протоны и электроны, и нейтральные гамма-кванты.

По всему миру разбросано достаточно много таких обсерваторий, одна из которых – HEGRA, расположенная на Канарских островах, занимается регистрацией и анализом широких атмосферных ливней, порождаемых высокоэнергичными космическими гамма-квантами. В распоряжении ученых имеются различные приборы, которые размещены на площади в 40 тысяч квадратных метров. Эти инструменты детектируют заряженные частицы и фотоны, попадающие на поверхность Земли. Несколько затрудняет ситуацию то, что частицы, непосредственно прилетевшие из космоса, до поверхности Земли практически не долетают. Одна высокоэнергичная частица, сталкиваясь с атомным ядром молекул воздуха, вызывает поток новых частиц разных сортов. Те, в свою очередь, на пути к поверхности сталкиваются с ядрами и молекулами и также порождают новые частицы. Таким образом, одна очень энергичная частица, прилетевшая из космоса, генерирует широкий атмосферный ливень из разнообразных частиц на поверхности Земли. Регистрируя такой каскад, можно определить сорт частицы, инициировавшей этот ливень, и ее энергию. HEGRA способна регистрировать частицы очень высоких энергий, что невозможно для детекторов, выведенных в космос.

Где и в каких природных ускорителях порождаются столь энергичные компоненты космических лучей, мы пока не знаем, но факт остается фактом – по космосу «гуляют» столь энергичные странники, что при столкновении с молекулами атмосферного газа они порождают лавину из миллионов вторичных частиц. Фиксируя этот ливень из элементарных частиц, можно определить не только энергию и направление прилета, но и тип исходной частицы. Интерес к высокоэнергичным компонентам космических лучей обусловлен еще и тем обстоятельством, что земные ускорители пока не могут разогнать частицы до столь больших энергий, и космос в данном случае помогает разгадывать тайны микромира.

Сергей Рубин, доктор физико-математических наук

Арсенал: На вершине могущества

«Летом 1980-го мы, „запасники“, проходили сборы при танковой части под Ковровом. Жили отдельно от срочников в палаточном городке прямо в лесу. Как-то ночью, сидя у костра, слышим странный нарастающий звук. Похоже не то на циркулярную пилу, не то на какой-то мотороллер, то набирающий обороты, то сбрасывающий их…