Наука и Техника

Наука И Техника
7 июня 2015

Физики разработали метод, позволяющий увеличить количество синтезируемого антиводорода

Ученые-физики, производящие исследования в области фундаментальной физики, были бы рады провести множество различных экспериментов с антивеществом. Но для того, чтобы произвести изучение свойств антивещества, провести его спектроскопический анализ, выяснить тонкости его взаимодействия с гравитацией, в первую очередь требуется некоторое количество стабильного антивещества. Конечно, вряд ли антивещество может быть просто взято из окружающей среды из-за его тенденции превращаться во взрыв энергии при контакте с обычным веществом, а получение стабильного антивещества в лабораторных условиях связано со множеством технических трудностей из-за "взрывоопасного характера" последнего.

Группа ученых-физиков из университета Кертина (Curtin University), Австралия, и университета Суонси (Swansea University), Великобритания, разработали теоретическую модель процесса, позволяющего увеличить на порядок эффективность синтеза антиводорода. А, как надеются эти ученые, их метод в скором времени будет воплощен в реальности, предоставляя ученым возможность экспериментировать с антивеществом, абсолютно не испытывая проблем с его получением.

Антиводород является самой простой формой антивещества из-за того, что его атомы электрически нейтральны, атом антиводорода состоит из антипротона (отрицательно заряженного антипода протона) и позитрона (положительно заряженного антипода электрона). Поскольку атом антиводорода состоит всего из двух античастиц, эти атомы синтезировать намного легче, нежели атомы антивещества, имеющие более сложную структуру.

Первые атомы антиводорода были синтезированы в 2002 году учеными Европейской организации ядерных исследований CERN, а в 2010 году им удалось удержать атомы антиводорода в специальной ловушке в течение 30 минут. Несмотря на все предпринятые меры предосторожности, все атомы антиводорода аннигилировали, соприкоснувшись со стенками сосуда или столкнувшись с редкими атомами воздуха, которые попадаются в объеме экспериментальной установки даже при самом глубоком вакууме.

Ученым известно несколько различных способов синтеза атомов антиводорода, но во всех из них используются столкновения или рассеивание отдельных античастиц. В новом же методе антиводород получается при объединения антипротона с так называемым позитронием, образованием, состоящим из связанных друг с другом позитрона и обычного электрона. С некоторой натяжкой позитроний может считаться атомом водорода, в котором протон заменен позитроном. Ранее уже были совершены попытки реализации синтеза антиводорода из позитрония, но такой подход оказался не очень эффективным из-за того, что позитроний находился в самом низком энергетическом (невозбужденном) состоянии.

В процессе, модель которого разработали ученые, луч медленных антипротонов направляется в облако позитрония, который при помощи источника внешней энергии, к примеру, луча лазера, находится в возбужденном высокоэнергетическом состоянии. И расчеты математических моделей такого процесса, показали, что количество синтезируемых атомов антиводорода в таком случае должно увеличиться минимум на порядок, а максимум - на несколько порядков, при сопоставимых с обычным методом затратах энергии.

Расчеты математических моделей, составленных учеными, можно признать более-менее соответствующими реальности из-за того, что в них были учтены все тонкости и показатели процессов синтеза антиводорода через слияние антипротонов с позитронием, находящимся в низкоэнергетическом состоянии. Несмотря на то, что в таком методе используются достаточно высокие энергии, ученые при помощи некоторых дополнительных уловок при помощи этого метода будут получать антиводород, охлажденный до сверхнизких температур, температур, при которых обычно проводится изучение фундаментальных свойств антивещества.

В скором времени ученые планируют провести дополнительные исследования, направленные на еще большее увеличение разработанного ими процесса синтеза антиводорода. И после этого они приступят к первым попыткам воплощения теоретического метода в виде практической технологии формирования лучей сверхохлажденного антиводорода, которая сможет послужить "ускорителем" продвижения некоторых важных областей современной науки.