Где искать антивещество?

Известно лишь, что при встрече частицы с античастицей обе они исчезают, превращаясь в другой вид материи. Поэтому-то в нашем мире, насыщенном обычными частицами, их антиподы не могут жить долго.

Таким образом, вопрос, почему наш мир не симметричен, почему вещество в нем преобладает над антивеществом, до сих пор оставался открытым. До сих пор никто из ученых не знает, почему имеется такое несоответствие в количестве материи и антиматерии в нашей Вселенной; почему вокруг нас находится лишь вещество в виде частиц и никто не видел ни звезд, ни галактик из античастиц.

правда, существует мнение, сваливающее «вину» на случай. Не зная других путей решения проблемы антивещества, некоторые ученые считают, что случайно в течение развития- мира в нашей области Вселенной скопилось больше частиц, чем античастиц. Так же случайно, как расположение сердца у людей слева — правило, а справа — исключение.

Но можно допустить, что где-то, на других планетах, живут в основном обладатели «правых» сердец. Защитникам «его величества случая» только и оставалось предположить, что где-то, в другом месте Вселенной, так же случайно образовался антимир с преобладанием античастиц. А в среднем в силу симметрии во всей вселенной, по их мнению, число частиц и античастиц, количество вещества и антивещества одинаково.

Эта точка зрения мирила многих ученых. Но, увы, она имеет по крайней мере два уязвимых пункта, которые и не дают ученым успокоиться и удовлетвориться этим объяснением. Один из них заключается в том, что до сих пор никому не удавалось наблюдать во всей видимой области Вселенной ни одной антигалактики. Пока нет сколько-нибудь надежного способа обнаружить в составе космических частиц, прилетающих на Землю из глубин Вселенной, античастицы. Если бы в нашем мире, состоящем из вещества, появилась кучка антивещества, оно тотчас бы «испарилось», или, как говорят ученые, аннигилировало. То есть, вступив в реакцию с веществом, оно тотчас бы исчезло, как превращаются при сложении в нуль одинаковые количества положительных и отрицательных единиц. Но исчезло бы самым заметным образом. Если бы на космических дорогах встретились мир и антимир, они бы вступили в реакцию и их встреча сопровождалась бы взрывом, который не могли бы не заметить ученые.

Зная это, исследователи с большим вниманием наблюдали за особенно яркими небесными объектами, яркими в световых и радиолучах. И вот в начале пятидесятых годов астрономы обнаружили исключительно мощный источник радиоволн. Он находился в созвездии Лебедя. Причем в сильные телескопы были видны два особенно ярких пятна. Было высказано предположение, что это две столкнувшиеся лоб в лоб галактики. Столкновение их и вызвало всплеск мощного радиоизлучения. Но нашлись ученые, которые ухватились за этот пример, как иллюстрирующий, по их мнению, столкновение не просто двух галактик, но галактики и антигалактики! Единственно аргументированным возражением против этого предположения оказалось то, что этот объект излучает лишь мощные радиоволны, тогда как оптическое излучение от него очень слабое. Если бы было справедливо мнение о столкновении мира с антимиром, излучение было бы мощно по всему частотному спектру.

Итак, первая трудность осталась неразрешенной. И все же прямого опровержения идеи антимира из нее не вытекало.

Второй уязвимый пункт заключался в следующем. Вычисления показали, что средняя плотность вещества в мировом пространстве крайне невелика. По образному сравнению одного ученого, звезды во Вселенной так редки, что если «оставить живыми только трех пчел во всей Европе, то воздух Европы будет все-таки больше наполнен пчелами, чем пространство звездами».

Так как же могло случиться, что на фоне почти полной «пустоты», на фоне ничтожной плотности материи в мировом пространстве вещество смогло собраться в такие мощные сгустки, как звезды?

Вряд ли все это можно приписать случаю.

Итак, преобладание вещества над антивеществом во Вселенной не случайно. Размышления над этой загадкой привели Понтекорво и Смородинско-го к удивительной гипотезе. Им и ряду других исследователей представляется возможным, что когда-то, на более ранней стадии развития Вселенной, плотность материи в природе была много большей, чем наблюдаемая теперь. Тогда не было такого разрыва между «пустотой» и звездами.

Но за счет какого же вещества плотность материи была больше? Что это за загадочное вещество, о котором до сих пор никто ничего не знал, и куда оно делось?

Ученые никогда не смогли бы ответить на этот вопрос, не случись три десятка лет назад одно маловажное на первый взгляд событие. Наблюдая самопроизвольное испускание электронов атомным ядром (бета-распад), исследователи с удивлением обнаружили, что электроны уносили из ядра меньшую энергию, чем следовало. Какая-то часть энергии как бы терялась.

Незыблемый закон сохранения энергии гласит, что энергия не возникает из ничего и не превращается в ничто. Во что же превратилась недостающая энергия при бета-распаде? «В ничто»,— говорили приборы, потому что, кроме электронов и испустивших их ядер, они больше ничего не регистрировали.

«Может быть, закон сохранения энергии неверен, может быть, придется отказаться от него?» — всерьез прикидывали некоторые. А может быть, что-то неладно в постановке эксперимента? Или в его объяснении?..

Но опыты были точными и совершенно надежными. Все проверки приводили к тому, что законы сохранения нарушаются или... Или, заявил в 1931 году известный швейцарский физик-теоретик Паули, в реакции участвует еще одна частица, которая остается незамеченной. Она-то и уносит избыточную энергию и импульс, недостающие у тех частиц, которые регистрируются приборами.

Так ученые напали на след загадочной частицы, которую два года спустя итальянский физик Ферми, назвал нежным словом «нейтрино». С тех пор нейтрино приобрели права гражданства. Войдя в науку на кончике пера физика-теоретика, они впоследствии оказались необходимыми для объяснения многих процессов, происходящих в микромире. В дальнейшем, наблюдая не только бета-распад, но и другие взаимодействия между элементарными частицами, физики-экспериментаторы часто убеждались в «потере» энергии. Но теперь это не беспокоило их. Они знали о существовании нейтрино — непойманного вора энергии.

А спустя немного времени ученые смогли убедиться, что и нейтрино имеет своего антипода — антинейтрино. Но нейтрино — частица нейтральная, она не несет на себе электрического заряда. Поэтому ее пара — антинейтрино— отличается не зарядом (она тоже нейтральна), а другим своим свойством. Если нейтрино можно сравнить с «винтом» с левой нарезкой, то антинейтрино — типичный «винт» с правой нарезкой. Мы сравниваем их с винтом потому, что обе частицы ведут себя так, как будто непрерывно вращаются, причем в разные стороны.

Эти-то удивительные частицы — нейтрино и антинейтрино — Понтекорво и Смородинский избрали проводниками в прошлое мира...

Авторы нового взгляда на эволюцию Вселенной предположили, что в отдаленнейшие времена, представить которые может лишь воображение, мир был симметричен. Основная часть материи существовала в виде нейтрино и антинейтрино высоких энергий. В это время плотность материи была очень высока. При этих условиях нет ничего невозможного в случайном образовании большого количества протонов, нейтронов и других частиц, не уравновешенных соответствующим числом античастиц. При значительном преобладании уравновешенных нейтрино и антинейтрино эти некомпенсированные протоны и нейтроны почти не нарушали симметрию.