PRO Антиматерию

В отличие от нейтрона и антинейтрона, которые отличаются внутренним строением из кварков или антикварков, у нейтрино нет внутренней структуры. Это блуждающий кусочек кружащегося ничего, который движется сквозь пространство почти со скоростью света. Легкое вращение – это почти все, что делает нейтрино, но этого достаточно, чтобы решить загадку материи или антиматерии. Квантовая теория также подразумевает, что нейтрино могут мгновенно превращаться в электрон и W⁺, а антинейтрино могут аналогично превращаться в позитрон и W^—. Это позволило бы их различать – если бы мы могли это наблюдать практически, но наши возможности пока этого не позволяют. На протяжении 50 лет указанное вращение использовалось для того, чтобы отличать нейтрино, материю, от антинейтрино, антиматерии. Но в последние годы появилась теория, утверждающая, что в то время как фотоны (и другие бозоны) – это и не материя, и не антиматерия, тяжелые типы нейтрино – это и то и другое! Если такие странные вещи формировались в котле Большого взрыва, то их «потомство» сегодня должно быть в неравной степени распределено между тем, что мы называем материей и антиматерией.

Так откуда взялись нейтрино? Их производят некоторые формы радиоактивности. Когда протон в ядре превращается в нейтрон, изменение энергии материализуется как позитрон и нейтрино. Электрический заряд и общее число фермионов (под этим общим числом имеется в виду количество фермионов материи минус фермионы антиматерии) сохраняется. Вначале был один положительный заряд, который нес в себе протон, и в конце тоже имеется один положительный заряд. Общее число фермионов сохраняется, поскольку позитрон антиматерии уравновешивается нейтрино материи. И наоборот, когда нейтрон распадается, оставляя протон, появляются электрон и антинейтрино.

Если в дальнейшем нейтрино или антинейтрино столкнутся с материей, то выдадут себя, запустив обратный процесс. Нейтрино превращает нейтрон в протон, сопровождаемый электроном. Антинейтрино превращает протон в нейтрон, сопровождаемый позитроном.

Нейтрино могут вращаться, как электроны. Как мы знаем, у электронов есть электрический заряд, а благодаря своему спину они напоминают маленькие магниты. В своем полете они ориентируются или на Северный, или на Южный полюс. Мы можем представить это в виде штопора, который можно вращать в одну или другую сторону – вправо или влево, против часовой стрелки или по часовой. У нейтрино нет электрического заряда, но к нему применимо то, что мы сказали про спин – вращение может совершаться как по часовой стрелке, так и против.

В экспериментах, проводившихся на протяжении свыше 50 лет, казалось, что нейтрино вращается только по часовой стрелке, в то время как антинейтрино – наоборот. Это подобно стрелкам будильника – если мы посмотрим на их ход в зеркале, то покажется, что они идут вспять. Если мы посмотрим на нейтрино в зеркале, он поменяется на антинейтрино? Вначале нужно задать вопрос: а как нам узнать, нейтрино это или антинейтрино, кроме как по направлению вращения? Есть ли еще какой-то показатель, помогающий идентифицировать нейтрино как частицу, а антинейтрино как античастицу? Если такого показателя нет, то остается одно направление вращения. Или все-таки есть?

На этом этапе нужно задуматься о том, что мы имеем в виду под словом «античастица». Под обычной материей мы понимаем отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные протоны. Положительная версия электрона называется «позитрон», а если бы отрицательная версия протона называлась «негатон», то они были бы просто двумя новыми частицами. Но называя их антиэлектроном и антипротоном и сосредоточивая внимание на их способности уничтожать свои вторые «Я», мы приходим в возбуждение от «антиматерии», и начинает работать воображение. Когда речь идет о нейтрино, мы имеем дело с частицами, не являющимися обычным делом в нашем материальном мире. Они пролетают мимо как призраки, редко обнаруживая себя, и определенно не попадают в ловушку внутри материи. Вместо того чтобы думать о нейтрино и антинейтрино как частях материи и антиматерии и определять, что есть что по их родству с электроном или позитроном, как обычно делалось, мы можем просто сказать, что имеем дело с нейтрино: при вращении по часовой стрелки он предпочитает электроны (нейтрино с левым спином), а при вращении против часовой стрелки – позитроны (нейтрино с правым спином).

На протяжении полувека считалось, что нейтрино не имеют массы и вращаются, как штопор, в пространстве со скоростью света. Однако в последние пять лет было обнаружено, что это не так. У нейтрино, которые были эмитированы в процессе обычной радиоактивности или в процессах ядерного распада в центре Солнца, имеется крошечная масса. Она так мала, что пока еще никому не удалось ее измерить. Но если бы у нас появились субатомные весы, то потребовалось бы по меньшей мере 10 000 нейтрино для уравновешивания одного электрона.