Гроза может создавать антимиры

Космическому телескопу «Ферми» удалось зарегистрировать в земной атмосфере процесс появления антивещества, который был вызван грозой. Это было сделано в процессе наблюдения земных вспышек гамма-излучения. Открытие заставляет подумать о том, что теперь загадочное антивещество можно будет изучать не в лаборатории, а в естественных условиях.

Минувший год запомнится ученым как год небывалых успехов квантовой физики: были обнаружены следы загадочного бозона Хиггса, а также изобретен способ эффективного улавливания атомов антиводорода в магнитную ловушку («Правда.Ру» писала об этом в статье «Магнитная ловушка для антивещества«). Однако на проходящем в настоящее время в Сиэтле собрании Американского астрономического общества обнародованы результаты одного исследования, изумившего астрофизиков не меньше, чем все предыдущие отчеты о работе охотников за антиматерией. Оказалось, появление этой загадочной субстанции может вызывать такое обычное атмосферное явление, как гроза.

Открытие было сделано в процессе наблюдения так называемых земных вспышек гамма-излучения (TGF). Напомним: гамма-излучением физики называют коротковолновое электромагнитное излучение. Оно возникает при распадах радиоактивных ядер, элементарных частиц, при аннигиляции пар частица-античастица, а также при прохождении быстрых заряженных частиц через вещество. Также известно, что в космосе гамма-излучение может возникать в результате соударений квантов более мягкого длинноволнового электромагнитного излучения, например света, с электронами, ускоренными магнитными полями космических объектов. При этом быстрый электрон передает свою энергию электромагнитному излучению и видимый свет превращается в более жесткое гамма-излучение.

Однако до конца прошлого столетия ученые и не предполагали возможности возникновения TGF в земной атмосфере. Впервые его обнаружили в 1994 году, однако до сих пор процесс изучен недостаточно хорошо. Однако общий механизм вполне понятен: связанное с грозой сильное электрическое поле формирует направленный в сторону от поверхности Земли поток электронов, которые разгоняются до очень высоких скоростей. Эти быстрые электроны, встречая на своем пути атомы вещества, испускают вышеупомянутое гамма-излучение.

При этом предполагается возможность образования электрон-позитронных пар (позитрон, как вы помните, является положительно заряженной античастицей-близнецом электрона). Исходя из этого, логично предположить, что данные частицы антивещества должны быть вполне обычными спутниками TGF. Однако до последнего времени никто не мог обнаружить следов их присутствия при земных вспышках гамма-излучений.

По последним оценкам ученых, каждый день над Землей происходит около 500 TGF. Тем не менее знаменитый космический телескоп «Ферми» регистрирует лишь небольшую часть таких событий. И хотя он был запущен в 2008 году, он успел передать данные только о 130 событиях, в результате которых было зарегистрировано возникновение земных вспышек гамма-излучения.

И вот недавно сотрудник Алабамского университета в Хантсвилле Майкл Бриггс представил результаты анализа данных телескопа о событии, случившемся в декабре 2009 года, которые в сжатом виде опубликованы на сайте NASA (http://www.nasa.gov/mission_pages/GLAST/news/fermi-thunderstorms.html). Тогда «Ферми» находился над территорией Египта, а гроза бушевала над Замбией, в четырех с половиной тысячах километров к югу. В данном случае телескопу удалось зарегистрировать пучки позитронов, появление которых вызывало грозу.

Интересно, что даже при наблюдении из космоса эта гроза должна была оказаться за горизонтом, и обнаружить гамма-излучение соответствующей TGF телескоп не мог. Тем не менее позитроны достигли магнитно связанного с грозой «Ферми» и, встретившись с электронами, аннигилировали. Свидетельством этого стало появление гамма-квантов (они всегда появляются при аннигиляции) с энергией в 511 кэВ. Телескоп, таким образом, на короткое время сам стал источником гамма-излучения, им же и зарегистрированного.

После этого часть позитронов проследовала дальше и, добравшись до точки отражения (это такая точка, где заряженная частица, захваченная магнитным полем, например, Земли, меняет направление своего движения), повернула обратно. Через 23 мс эти частицы снова «врезались» в «Ферми», и приборы телескопа отметили второй пик в области 511 кэВ.

Итак, получается, что данное антивещество было создано грозой. Надо сказать, ученые и раньше предполагали, что нечто подобное может происходить на других планетах Солнечной системы, например на Юпитере или Сатурне. Однако доказать это было сложно, поскольку тамошние грозовые разряды спрятаны на большой «глубине» в атмосфере и образующиеся позитроны могут и не достигать космического пространства.

Последнее открытие заставляет подумать о том, что, возможно, теперь изучать загадочное антивещество можно будет не в лаборатории, а в естественных условиях. Конечно, для этого потребуется сложная аппаратура и усовершенствованные методики, однако со временем все это появится. Может быть, тогда ученые наконец-то разгадают загадку асимметрии вещества и антивещества во Вселенной, которая формулируется следующим образом: почему наблюдаемая часть Вселенной состоит почти исключительно из вещества и существуют ли другие места, заполненные, наоборот, практически полностью антивеществом?

Антон Евсеев