PRO Антиматерию

Если одного электрона в этом море не хватает, то останется «дырка», в интерпретации Дирака. Отсутствие отрицательно заряженного электрона, энергия которого отрицательна по отношению к уровню моря, проявится как положительно заряженная частица с положительной энергией, а именно со всеми свойствами того, что позднее назвали позитроном. Это была странная идея – квантовая механика и до сих пор, через восемьдесят лет после своего появления, кажется странной, – а Дирак сделал свое предположение, когда квантовая механика только зарождалась, поэтому его можно считать гениальным.

Как можно сдвинуть или переместить электрон с отрицательной энергией, чтобы можно было увидеть «дырку» в море вакуума? Ответ состоит в подаче энергии, например, гамма-луча с большим количеством энергии. Если в гамма-луче достаточно энергии, то он может выбить электрон из состояния с отрицательной энергией в состояние с положительной энергией, результатом будет производство гамма-лучом и электрона с положительной энергией, и «дырки» в том, что было вакуумом. «Дырка» – это отсутствие и отрицательной энергии, что проявится как состояние с положительной энергией, и отрицательный заряд, который проявляется как положительный. Так что конечный результат – это превращение энергии гамма-луча в обычный отрицательно заряженный электрон, который сопровождает положительно заряженный электрон, и оба – с положительной энергией.

Что такое этот положительный электрон? Предположение Дирака об антиэлектроне многим в то время показалось просто научной фантастикой. К тому времени единственными известными частицами были электрон и протон, на основании которых и объяснялась вся материя. Более того, считалось, что они неизменны. Тем не менее теория Дирака подразумевала, что эти фундаментальные частицы материи можно создавать или уничтожать по желанию. Не было необходимости в других частицах и не было никакого желания их видеть, а потом еще и как-то объяснять, если не считать общепризнанного, но в то время еще не обнаруженного нейтрона, который добавляет массу атомному ядру и помогает его стабилизировать. До тех дней, когда странные частицы с фантастическими названиями будут появляться одна за другой в результате открытий в космических лучах и ускорителях частиц, еще оставалось много лет. В 1928 году картина с частицами была простой: материя состоит из отрицательно заряженных электронов и положительно заряженных протонов. В этом относительно уютном мирке для антиэлектрона места не было.

После того как Дирак опубликовал работу «Теория электронов и протонов», которую мы уже упоминали, утвердилось и широко распространилось мнение, что Дирак серьезно рассматривает протон как кандидата на роль положительно заряженной частицы, которая появилась из его уравнения как кролик из шляпы фокусника в цирке. Современным физикам, которые знают о глубочайшей симметрии между материей и антиматерией, мысль о том, что протон может быть идентифицирован как антиэлектрон, при разнице в массах почти в 2000 раз, кажется абсурдной.

Все это может казаться очевидным сегодня. Но глубокую симметрию материи и антиматерии сегодня понимают гораздо лучше, чем в 1928 году, а историки спорят, являлась ли разница в массе такой очевидной, как кажется сегодня, и понимали ли тогда ее значение. Известный русский ученый Петр Капица (1894–1984), один из основателей физики низких температур и физики сильных магнитных полей, современник Дирака, утверждал, что Дирак сделал свое заявление в шутку, отойдя от своей обычной угрюмости и неразговорчивости. Целью Дирака было просто заставить замолчать тех, кто ему надоедал, настойчиво задавая вопрос о том, где же находится антиэлектрон. Он хотел продолжать объяснять свои глубокие идеи и оставить вопрос массы для решения в дальнейшем, считая его «мелкой деталью».

Роберт Оппенгеймер (1904–1967) – американский физик-теоретик. В 1943–1945 годах он руководил созданием американской атомной бомбы. В 1953 году выступил против создания водородной бомбы, был обвинен в «нелояльности» и отстранен от секретных работ

Уравнение Дирака указало путь к антиматерии, а первым, кто увидел картину в целом, стал американский физик Роберт Оппенгеймер, оставивший после себя труды по квантовой механике, физике атомного ядра и космических лучей, разделению изотопов. В 1943–1945 годах он руководил созданием американской атомной бомбы.