<<
>>

Открытие антимира

Все началось с того, что физики задумались над вопросом: что же все-таки происходит с веществом в процессе деления?

Дело в том, что при превращении водорода в результате деления в гелий только 0,75% исходной массы водорода переходило в энергию.

Можно ли было сделать так, чтобы, взяв определенное количество массы, полностью обратить ее в энергию? В этом случае могло бы выделиться в 140 раз больше энергии, чем при делении водорода. Если же вместо водорода использовался бы уран, получился бы идеальный источник энергии. И наконец, при каких условиях можно было достичь полной аннигиляции вещества?

В 1928 году английский физик Поль Дирак (1902 — 1984) опубликовал статью, в которой предсказал возможность существования частицы, полностью совпадающей по свойствам с электроном, но обладающей положительным зарядом. Если электрон являлся частицей, то можно было предположить, что его положительно заряженный близнец был «античастицей». Более того, из теории Дирака следовало, что каждая частица имеет своего «близнеца» с противоположным зарядом. Выводы Дирака выглядели настолько нетрадиционно, что вначале никто не поверил в реальность античастиц.

Только в 1932 году, когда Сирил Андерсон, изучавший воздействие космических частиц на свинец, получил фото трека частицы, которая оставляла точно такие же следы, что и электрон, но отклонявшиеся в другую сторону под действием магнитного поля, правота Дирака была доказана. Фото свидетельствовало об обнаружении первой в истории античастицы. Андерсон обнаружил своеобразного двойника электрона, который позже был назван позитроном.

Вскоре позитроны нашли повсюду. Оказалось, что некоторые радиоактивные изотопы, полученные в лаборатории Жолио- Кюри и другими учеными, испускали положительные бета-частицы, которые также являются позитронами. Когда ядро испускает обыкновенную бета-частицу или из ядра вылетает электрон, находящийся вну три ядра нейтрон превращается в протон.

При испускании положительной бета-частицы происходит противоположный процесс — протон превращается в нейтрон.

Но позитрон не стоек и существует недолго, всего миллионные доли секунды. Почти сразу же он сталкивается с атомом, содержащим электроны, и притягивается к нему, поскольку имеет противоположный электрический заряд. Взаимодействуя, они образуют сочетание, электронно-позитронную пару (позитрониум), но сразу же сталкиваются и взаимно уничтожаются.

Процесс, при котором электроны и позитроны взаимно уничтожаются, называется аннигиляцией. Однако они не исчезают полностью. Уничтожаясь, их масса превращается в соответствующее количество энергии, которое излучается в форме гамма-излучения.

Правда, известен и обратный процесс. Обладающий достаточной энергией гамма- луч может быть превращен в электрон и позитрон. Явление получило название «рождение электро-позитронных пар». Впервые его зафиксировали в ходе экспериментов и 1930 году, но значение осознали после открытия позитрона.

Поскольку и электрон, и позитрон имеют достаточно небольшую массу, количество энергии, которая освобождалась при их аннигиляции, также не очень велико. И все же первоначальная теория Дирака о существовании античастиц подтверждалась не полностью. Согласно этой теории, любая частица должна была иметь некую соответствующую ей античастицу. Скажем, протон должен был иметь антипротон, равный ему по массе, но имевший отрицательный заряд такой же величины, как и положительный заряд протона.

Действительно, антипротон оказался в 1836 раз более тяжелым, чем позитрон. И для образования протон-антипротонной пары требовалось в 1836 раз больше энергии гамма-лучей или космических частиц, чем для образования электрон-позитрон- ной пары. Космические частицы с необходимой энергией существуют, но встречаются не так часто, и возможность их попадания в детектор, который может зафиксировать образование протон-антипротонной пары, весьма редка.

Чтобы наблюдать ее образование, физикам пришлось ждать до тех пор, пока не построили достаточно мощные ускорители, которые могли производить достаточное количество энергии, чтобы произошло образование протон-антипротонной пары.

Это случилось в начале 1950-х годов, когда в Брукхевенской национальной лаборатории на Лонг-Айленде в 1952 году был запущен ускоритель космотрон. Другое устройство, беватрон, построили в Калифорнийском университете в 1954 году. Именно на беватроне физики Эмилио Сегре (1905—1989) и Оуэн Чемберлен в 1956 году впервые зафиксировали образование антипротона и исследовали его свойства.

Оказалось, что антипротон существовал намного дольше, чем позитрон. Его окружало несметное количество ядер, содержащих протоны, и за крошечные доли секунды они вступали во взаимодействие. Антипротон и протон также взаимно уничтожались, но, обладая большей (в 1836 раз) массой, они соответственно и выпускали в 1836 раз больше энергии, чем при аннигиляции электрона и позитрона.

Существовал и антинейтрон, об открытии в 1956 году сообщил итальянский физик Оресте Пиччиони и его помощники. Поскольку у нейтронов не было заряда, то он соответственно отсутствовал и у антинейтронов, поэтому вначале было непонятно, чем же все-таки отличаются две эти частицы. Оказалось, что направление магнитного поля у нейтрона и антинейтрона было противоположным.

В 1965 году американский физик Леон Ледерман и его помощники получили сочетание антипротона и антинейтрона, которые вместе образовали антидейтрон, то есть ядро антидейтерия (антиводорода-2).

Все это прекрасно подтвердило, что античастицы существуют не только сами по себе, но и могут образовывать антиматерию, которая будет точно идентичной обычной материи по своим свойствам, за исключением того факта, что электрические заряды и магнитные поля будут повернуты в противоположную сторону.

Если нам будет доступна антиматерия и мы сможем управлять процессом ее взаимодействия с веществом, то получим источник энергии во много раз значительнее, чем реакция расщепления водорода. Учтем и тот факт, что ее получить гораздо проще, чем создать условия для деления водорода.

Но на Земле нет антиматерии, за исключением тех микроскопических количеств, которые образуются в ходе экспериментов, требующих огромной энергии. Пока никто не предложил способ получения антиматерии, не требующий огромных затрат энергии. Возможно, человечество никогда не сможет использовать ее в качестве источника энергии. Правда, мы помним и предсказание Резерфорда о том, что никогда не удастся овладеть ядерной энергией, которое не сбылось. Видимо, лучше всего «никогда не говорить никогда».

<< | >>
Источник: Азимов Айзек. Миры внутри миров. История открытия и покорения атомной энергии / Пер. с англ. С. Федорова. — М.: ЗАО Центр- полиграф. — 172 с.. 2004

Еще по теме Открытие антимира:

  1. 11.1. А. И. Вейник. «Термодинамика реальных процессов»
  2. МЫСЛЬ В КУЛЬТУРЕ*
  3. Открытие антимира
  4. От составителя Алексей Давыдов
  5. Заключение
  6. Мифические погребальные географии
  7. Характерные особенности современной философии
  8. • Глава восьмая • БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ
  9. Бытие, материя, движение
  10. «Дети пятьдесят шестого...»
  11. Роман «В круге первом»: полемика с соцреалистическим каноном
  12. Человек и хаос войны: повесть «Пастух и пастушка», роман «Прокляты и убиты»
  13. «С точки зрения смерти»: переосмысление барокко
  14. Глава 1. Благая отсрочка. В укрывище и на людях
  15. 1. Вселенная и цель ее существования
- Альтернативная история - Античная история - Архивоведение - Военная история - Всемирная история (учебники) - Деятели России - Деятели Украины - Древняя Русь - Историография, источниковедение и методы исторических исследований - Историческая литература - Историческое краеведение - История Австралии - История библиотечного дела - История Востока - История древнего мира - История Казахстана - История мировых цивилизаций - История наук - История науки и техники - История первобытного общества - История религии - История России (учебники) - История России в начале XX века - История советской России (1917 - 1941 гг.) - История средних веков - История стран Азии и Африки - История стран Европы и Америки - История стран СНГ - История Украины (учебники) - История Франции - Методика преподавания истории - Научно-популярная история - Новая история России (вторая половина ХVI в. - 1917 г.) - Периодика по историческим дисциплинам - Публицистика - Современная российская история - Этнография и этнология -