Другие физики, не теряя времени, принялись проверять открытие Андерсона. В течение нескольких месяцев во многих лабораториях при бомбардировке атомных ядер гамма-квантами были получены электрон-позитронные пары. Как и предсказывал Дирак, позитрон оказался короткоживущим. При первом же столкновении с электроном (а вокруг него их более чем достаточно) происходит аннигиляция пары. Позже было установлено, что перед аннигиляцией обе частицы некоторое время вращаются относительно общего центра, образуя на мгновение «атом» вещества, называемого физиками позитронием. Короткий танец смерти — и конец! Обе частицы исчезают, оставив два или три гамма-кванта в зависимости от того, вращались ли частицы с параллельно (северные полюса направлены одинаково) или антипараллельно (северные полюса направлены противоположно) направленными магнитными осями.
Как мы видели, теория Дирака предсказывает также существование антипротонов. Эта частица может возникнуть лишь одновременно с протоном и исчезает, встретив его снова. Экспериментально антипротон был обнаружен лишь в 1955 году, двадцать три года спустя после открытия антиэлектрона. Для его обнаружения группа физиков Калифорнийского университета в Беркли использовала мощный ускоритель, называемый бэватроном[47]. Обнаруженная пара протон — антипротон вела себя именно так, как предсказывал Дирак.
Год спустя та же группа физиков в Беркли впервые зарегистрировала антинейтрон. Хотя нейтрон и не имеет электрического заряда, он обладает спином и магнитным моментом, вокруг нейтрона существует магнитное поле, и именно по направлению этого поля нейтрон отличается от антинейтрона.
После 1956 года физики установили, что каждая элементарная частица, за двумя уже упоминавшимися исключениями (фотон и пи-мезон), имеет своего «близнеца» — античастицу. Как только стало очевидным, что три частицы, образующие обычное вещество, — протон, нейтрон и электрон — имеют свои античастицы, физики сказали себе: «А почему бы не существовать антивеществу?» Атом антиводорода имел бы в качестве ядра антипротон, вокруг которого вращался бы позитрон (антиэлектрон) с положительным зарядом. Простейший изотоп антиводорода — антидейтерий — имел бы такую же структуру, за исключением того, что антиядро содержало бы еще и антинейтрон[48]. Аналогично построены все другие элементы антивещества. Каждый антиатом был бы копией обычного атома, но состоял бы не из обычных, а из античастиц. Далее, нет причин, препятствующих антиатомам соединяться в антимолекулы, образуя антиэлементы и антисоединения, являющиеся точными копиями тех, которые нам известны. Антивода, например, представляла бы собой соединение двух атомов антиводорода с одним атомом антикислорода.
Сейчас, когда пишутся эти строки, еще никому не удалось открыть или создать в лаборатории хотя бы один антиатом антивещества, но физики не видят теоретических причин, по которым антивещество не могло бы существовать. Конечно, при соприкосновении крупиц антиматерии с обычной материей произошел бы немедленный взрыв. Этот взрыв был бы много сильнее взрывов атомных и водородных бомб, поскольку при взрывах бомб лишь часть их массы преобразуется в энергию. При соединении же материи с антиматерией фактически вся масса переходит в энергию. Сначала будет происходить рождение пи-мезонов и других частиц, затем эти частицы немедленно превратятся в нейтрино и фотоны, разлетающиеся со скоростью света. Это был бы взрыв максимально возможной силы.
Наука пока еще не нашла способа, которым можно было бы разбить вдребезги наш земной шар. Имеется много мыслимых путей для уничтожения всей жизни на планете, но еще не удавалось найти столь мощный источник энергии, который мог бы уничтожить всю Землю. Если бы удалось получить в достаточных количествах антивещество, оно и было бы таким источником. (Чтобы избежать взрыва, антивещество нужно было бы хранить в вакууме, строжайше изолировав от контакта с материей.) Не являются ли астероиды, мириады которых вращаются по орбите между Марсом и Юпитером, остатками планеты, где ученые умели получать антивещество? Может быть, природа распространяет жизнь на миллионы планет в надежде, что хоть где-нибудь появятся разумные существа, способные постигать тайны строения материи, не отправляясь при этом на тот свет. Планета, которая находилась сразу за Марсом, не выдержала проверки. Теперь на пороге великого испытания Земля.
Все это давно уже стало материалом для научной фантастики. Как только физики предсказали существование антиматерии, писатели-фантасты начали обыгрывать эту тему. (Сначала они называли ее «противоземной» материей, но термин этот не прижился.) Юноша встречает девушку из антимира: они целуются — взрыв и т. п. Очевидно, наша Галактика должна состоять целиком из обычной материи, но имеются и другие галактики, отделенные от нашей невообразимо большими расстояниями. Может быть, некоторые из них состоят из антиматерии? На этот вопрос нельзя ответить, изучая свет, который они посылают к нам, так как квант света фотон неотличим от своей античастицы. Любые же античастицы, вылетевшие к нам с такой антигалактики, неминуемо будут перехвачены и аннигилируют задолго до того, как приблизятся к Земле (исключение, возможно, составляют антинейтрино, с которыми мы познакомимся в гл. 23).
47
В 1959 году Эмилио Сегре и Оуэн Чемберлен получили Нобелевскую премию по физике за первые работы, продемонстрировавшие существование антипротона.
48
К настоящему времени физикам удалось обнаружить ядро антидейтерия и есть основания полагать, что и ядро антитрития. —