МКС начал поиск антиматерии

МКС начал поиск антиматерии Детектор AMS-02 доставлен на орбиту и передал в понедельник первую порцию данных

Детектор AMS-02, доставленный на МКС, передал первые данные. Конечно, это еще не та информация, которая позволяет сделать сенсационные открытия, - пока что речь идет об успешном запуске одного из самых сложных космических приборов в истории.

Что такое AMS-02? За этой аббревиатурой кроются слова "магнитный альфа-спектрометр", или в переводе с научного на простой русский "прибор для изучения космических лучей и поиска в них частиц антиматерии". Зачем искать антиматерию в космических лучах и неужели это та задача, ради которой не жалко было потратить полтора миллиарда долларов? Сумму, за которую можно построить на Земле сложную транспортную развязку или провести программу вакцинации детей в целой стране, причем отнюдь не масштаба Люксембурга? Почему значительную часть трюма "Индевора" занял семитонный прибор, а не какие-нибудь другие грузы?

Ответ на все вопросы о целесообразности проекта прост - AMS-02 как минимум приблизит физиков к решению фундаментальной загадки нашей Вселенной. Которая звучит так: "почему антивещества в нашем мире много меньше, чем обычной материи?". С точки зрения теории после Большого Взрыва с равным успехом должна была появляться как обычная, так и антиматерия; далее бы они могли аннигилировать, превращаться в электромагнитное излучение, нейтрино и другие частицы; однако на практике мы видим очень много обычного вещества и лишь редкие частицы антиматерии. Почему?

Даже самое простое антивещество, антиводород - уже редкость. А уж антигелий и вовсе суперэкзотика, его лишь несколько месяцев назад смогли получить в количестве всего лишь 18 ядер атомов. Антиуглерод, антижелезо и тем более какие-нибудь молекулы из антивещества вовсе встречаются только в одном источнике: страницы фантастической прозы. Впрочем, нет, еще в компьютерных играх и фантастических фильмах. В чем же дело?

Может, ученые просто плохо искали античастицы? Когда возникает такое подозрение, единственный способ его проверить - взять более точный прибор, которым и является AMS-02. Он способен с высокой точностью определить число ядер антигелия, и если их вдруг окажется больше, чем удавалось засечь в экспериментах еще на борту "Мира", это позволит всерьез говорить о том, что во Вселенной где-то может быть и скопление антивещества.

Но поиск антивещества как такового - это еще не все. Дело в том, что антивещество может не только существовать где-нибудь за миллиарды световых лет от Земли, оставшись там со времен Большого Взрыва. Его частицы также могут рождаться при распаде частиц темной материи (напомним, что в физике высоких энергий превращения одних частиц в другие - процесс довольно распространенный), так что работа детектора позволяет рассчитывать и на решение такой важной задачи, как определение природы этой загадочной субстанции!

Темную материю до сих пор обнаруживали только по ее гравитационным эффектам. Где-то раскаленный газ собирался в облака вокруг, казалось бы, пустых мест; где-то скорости вращения звезд вокруг центра галактики указывали на наличие невидимой массы, где-то свет от далеких галактик отклоняло в сторону невесть откуда взявшееся гравитационное поле - все это в совокупности позволило говорить о том, что до 95% материи приходится на нечто странное. Темная материя - это частицы, которые пока не засек ни один прибор и про природу которых мы толком еще ничего не знаем. Пока не знаем - AMS-02, вероятно, позволит как минимум отсечь часть неверных гипотез, а как максимум - подтвердить верные догадки ученых.

Вопросы и ответы:

- Кто построил AMS-02?


- Более 600 ученых из 16 стран с трех континентов. Укажем лишь российские организации - Институт теоретической и экспериментальной физики (ИТЭФ), Курчатовский институт, НИИ ядерной физики (НИИЯФ МГУ); в числе партнеров числится и РАН в целом.

- Может, темная материя - это пыль? Или нейтрино?
- Не пыль, пыль все-таки прекрасно видна в телескопы. И не нейтрино - поскольку детекторы нейтрино давно построены и они не обнаруживают их в том количестве, которое позволило бы объяснить связанные с темной материей эффекты.

- Может, черные дыры?
- Ими не получается объяснить распределение горячего газа. Сейчас все выглядит не так, как если бы были компактные и невидимые небесные тела, скорее газ притягивает какая-то протяженная структура.

- А что тогда?
- Возможно, нейтралино. Это гипотетические частицы, наличие которых следует из так называемых суперсимметричных теорий. В суперсимметричных теориях речь идет о том, что каждая элементарная частица имеет "симметричного" партнера, кроме того, в них предполагается наличие пока не зафиксированных опытным путем полей, при помощи которых эти частицы взаимодействуют. Верны ли эти идеи, может показать работа на Большом адронном коллайдере (где можно рассчитывать на обнаружение новых частиц) и эксперименты, подобные AMS-02.

- Почему AMS-02 установлен на МКС? Что мешало его поставить на Земле, зачем гонять дорогой шаттл?
- Частицы, влетающие в атмосферу, активно с ней взаимодействуют. До поверхности долетает уже не то ядро антигелия, которое интересовало ученых, а поток протонов, мюонов и прочих частиц, которые уже хорошо изучены. Можно провести такую аналогию - если мы хотим выяснить, что люди покупают в магазинах, нам лучше вести наблюдения у прилавка, а не у мусорной свалки.

- Если антиматерия есть в космосе, можно ли ее будет добывать промышленно? Для использования в качестве источника энергии, в оружии и взрывчатке?
- Нет. Детектор AMS-01 на борту "Мира" в среднем ловил одно ядро антигелия на миллион обычных ядер того же элемента. Причем "ловил" вовсе не значит "сохранял внутри", речь идет о том, что пролетевшая через детектор частица была опознана как частица антивещества.

- А как детектор определяет, что за частицы он поймал?
- Антигелий имеет такую же массу, что и просто гелий. Но другой электрический заряд, следовательно в электромагнитном поле он отлконится в другую сторону. По отклонению можно выяснить заряд, а по тому, насколько искривлена траектория частицы, определить ее массу. Масса + заряд = точная идентификация как частицы, так и ее энергии (а это позволяет еще и сделать разные дополнительные выводы о том, откуда взялась частица).

- Если космические лучи столь интересны, то зачем тогда коллайдеры?
- Космические лучи интересны (а по энергиям могут в миллионы и даже миллиарды раз обходить лучшие ускорители), но редки и летят вовсе не аккурат в детектор. А на коллайдере столкновения частиц специально организованы в удобном для изучения месте, в детекторе массой свыше тысячи тонн (запустить такой на орбиту просто невозможно; а собирать по частям - ни один госбюджет не выдержит). Комбинируя разные приборы, физики охватывают разные направления; точно так же в распоряжении фотографа обычно есть несколько объективов - одним лучше снимать в помещении, другим - удаленные объекты, а третьим - портреты в студии. Поиск новых частиц чем-то похож на фотографию: и как нет универсального объектива, так нет и универсального детектора для физиков.