Исследователи Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (Lawrence Livermore National Laboratory) поставили эксперимент с использованием мощных импульсных лазеров, в результате которого получен невиданный до сих пор по мощности поток антиматерии – частиц, известных как позитроны.

Эта новая возможность получения большого количества позитронов в масштабах маленькой лаборатории (и значительно дешевле, чем на огромных ускорителях типа Большого Адронного Коллайдера) открывает несколько направлений исследования анти-материи, включая понимание физики, лежащей в основе многих астрофизических явлений такого класса, как черные дыры или вспышки гамма излучения. Частицы антиматерии практически мгновенно аннигилируют в контакте с «нормальной» материей, превращаясь в чистую энергию (гамма излучение). Предполагается, что материя и антиматерия находились в равновесии в ранней Вселенной, но вследствие некой «асимметрии» антиматерия распалась или аннигилировала, и сегодня во Вселенной ее очень мало.

Доктор Вэй Чен (Hui Chen) и ее коллеги в качестве источника излучения использовали новейший лазерный комплекс Titan, который генерирует импульсы длительностью порядка одной триллионной доли секунды с плотностью энергии в 100 миллиардов гигаватт на квадратный сантиметр. Этими лазерными импульсами ученые облучали золотые пластинки миллиметровой толщины. Каждый лазерный импульс испарял крошечный участок поверхности пластинки, порождая облачко горячей плазмы.

Входящие в состав облачка тяжелые ионы золота при этом практически не смещались, в то время как плазменные электроны сильно разгонялись и проникали внутрь мишени. Там они сталкивались с атомами золота и мгновенно теряли скорость, порождая так называемое тормозное излучение. Поскольку первоначальная энергия электронов была очень велика, пик интенсивности излучения приходился на гамма-кванты. Эти кванты, в свою очередь, рассеивались на атомных ядрах и давали начало электронно-позитронным парам.

Производство антиматерии – алхимия XXI века

Получение антиматерии с помощью лазеров не является совершенно новым способом. Исследователи Ливерморской лаборатории зарегистрировали антиматерию еще 10 лет назад в количестве примерно 100 частиц. Используя более новое оборудование и лучшие мишени, только в этом году, в лаборатории было получено около 1 миллиона частиц. Ученые предполагают, что общее число позитронов, полученных во всем мире за все годы может составлять порядка 100 миллиардлв.

До момента аннигиляции, позитроны (анти-электроны) ведут себя совершенно так же как электроны (только с противоположным зарядом), что и позволило д-ру Чен и ее коллегам зарегистрировать их. Ученые использовали обычный спектрометр и усовершенствовали его для регистрации частиц также и с противоположной полярностью.

Ученые из группы д-ра Вэй Чен измерили плотность позитронного потока с помощью двух спектрометров, расположенных сзади и сбоку от мишени. Обработка результатов измерений показала, что плотность позитронов в максимуме достигала десяти квадриллионов (10¹⁶) на кубический сантиметр. Ни в одной лаборатории мира до сих пор не удавалось даже приблизиться к этому показателю.

Евгений Биргер