Существует ли зеркальная Вселенная, где время идёт вспять.

Насколько известно физикам, после Большого взрыва материя и антиматерия должны были быть созданы в равном соотношении. Теоретически это означает, что в результате аннигиляции во Вселенной не должно было бы остаться ничего, кроме энергии от взаимного уничтожения. Но этого не произошло, физический мир существует, и происхождение этого фундаментального дисбаланса остаётся одной из самых больших загадок физики.

Мы существуем, по утверждению некоторых физиков, только потому, что на определённое количество пар материи-антиматерии существует одна лишняя частица материи. Но это лишь теория, доказать или опровергнуть которую пытаются в «CERN».

«CERN» - крупнейшая в мире лаборатория физики высоких энергий под Женевой (Швейцария), может похвастаться единственным в мире источником антипротонов - частиц, которые кажутся идентичными протонам во всех отношениях, за исключением их противоположного заряда и вращения. Лаборатория Antiproton Decelerator - это конструкция в виде замкнутого кольца из трубы, длиной 182 метра, которая питается от тех же ускорителей, что и более знаменитый брат, большой адронный коллайдер (LHC). На протяжении десятилетий учёные работали над фиксацией антипротонов и атомов антиводорода, которые они могут использовать для изучения.

За последних несколько лет учёным удалось достичь некоторых результатов. Экспериментаторы теперь могут контролировать достаточное количество античастиц, что позволит лучше исследовать антиматерию, выполнять более точные измерения её основных свойств и внутренней структуры. Джеффри Хэнгст (Jeffrey Hangst), возглавляющий эксперимент, называемый ALPHA, говорит, что в принципе его команда может теперь делать с антиводородом всё, что другие учёные делают с водородом. «Для меня настал тот период, ради которого я работал в течение 25 лет», - говорит он.

Если бы эксперименты увенчались успехом в обнаружении какой-либо разницы между веществом и антиматерией, это было бы радикальным открытием. Это означало бы нарушение принципа, называемого симметрией заряда, чётности и времени (CPT). Согласно этому принципу, наполненная антиматерией зеркальная Вселенная должна такие же законы физики, как и у нас, только в зеркальном отражении.

В ближайшее время усилия ЦЕРН вряд ли раскроют эту тайну. В экспериментах, антиматерия до сих пор остаётся идентичной материи, и многие физики считают, что любая разница в их количестве будет противоречить современным основам физики. Шесть экспериментов, из серии исследований начатых в ЦЕРНе более 30 лет назад, привлекают внимание, поскольку LHC продолжает искать пробел в поисках парных частиц, которые могли бы объяснить парадокс антивещества. Более того, успехи шести команд, которые конкурируют за право первым получить стабильную антиматерию, заработали им серьёзную модернизацию на «фабрике» антипротонов, которая начнёт работать к концу этого года. Модернизация позволит проводить эксперименты с увеличенным в сто крат количеством частиц.

Физика антиматерии уходит своими корнями в далёкий 1928 год, когда британский физик Пол Дирак написал уравнение, описывающее электрон, движущийся со скоростью приближённой к скорости света. Тогда Дирак понял, что если есть положительное, значит должно быть и отрицательное решение его уравнения. Позже он интерпретировал эту математическую причуду как намёк на существование антиэлектрона, теперь называемого позитроном, и предположил, что для каждой частицы должны существовать эквиваленты антивещества.

Затем экспериментатор Карл Андерсон подтвердил существование позитрона в 1932 году, когда обнаружил частицу, которая казалась электроном, за исключением того, что когда она проходила через магнитное поле, её траектория изменилась в противоположном направлении. Вскоре физики поняли, что позитроны обычно возникают при столкновениях частиц с достаточной энергией для того, чтобы часть этой энергии превращалась в пары материи-антиматерии.

К 1950-м годам исследователи начали использовать эту конверсию «энергия-в-частицу» для получения антипротонов. Но потребовались десятилетия, чтобы найти способ для их воспроизводства, захвата и изучения. Мотивом для таких экспериментов послужило предположение того, что антипротоны и позитроны можно было бы соединять для получения антиводорода, который затем можно было бы сравнить с хорошо изученным атомом водорода.

Технология создания позитронов сегодня относительно проста и понятна. Частицы образуются при определённых типах радиоактивного распада и могут быть легко «пойманы» электромагнитными полями. Антипротон с более высоким потенциалом может быть получен путём термоудара протонов о плотный металл, но из-за таких столкновений, их скорость слишком высока для того, чтобы удерживаться электромагнитной ловушкой.

Охотники за антиматерией нуждаются в способе массового замедления и хранения частиц. Первая специализированная попытка CERN по замедлению и хранению антиматерии (антипротонов с низкой энергией) в замкнутой трубе началась в 1982 году. В 1995 году, исследователи использовали антипротоны из этой установки для производства первых атомов антиводорода. Отчёт о результатах этих исследований в интернет впервые попал в 2000 году.

Сегодня существует пять экспериментальных групп в области антиматерии (GBAR всё ещё строится). Каждая из них имеет свой собственный способ работы с антипротонами, и хотя некоторые из них делают уникальные эксперименты, они часто конкурируют за измерение одних и тех же свойств и независимо друг от друга подтверждают их ценность.

Вместе эксперименты CERN исследуют ряд свойств антивещества, любой из которых может отображать отличие от материи. Цель для всех состоит в том, чтобы продолжать уменьшать неопределённость, говорит ветеран антиматерии Масаки Хори. Он возглавляет эксперимент ASACUSA, который использует лазеры для изучения антиатомов в полете, без разрушительных сил ловушек. В прошлом году команда сделала точное измерение отношения массы антипротонов к массе электрона, используя экзотические атомы гелия, в которых антипротон занимает место электрона. Как и другие измерения до сих пор, он не обнаружил разницы между веществом и антиматерией. Но каждый результат - более строгий тест на то, действительно ли материя и антиматерия являются точными зеркальными отображениями.

Предполагая, что технический тупик не остановит прогресс, Досер считает, что к концу 2020-х годов физики будут достаточно искусны в борьбе с антиматерией, чтобы иметь возможность тиражировать ряд умений атомной физики, включая создание атомных часов антивещества.