У романі Дена Брауна «Ангели і демони» зловмисники викрали в ЦЕРНі контейнер з антиматерією, перевезли його в Рим і сховали в самому центрі міста, погрожуючи влаштувати потужний вибух. При поточному рівні розвитку науки провернути таке викрадення було б неможливо. Однак у майбутньому такий сценарій може стати цілком реальним: вже до 2022 року фізики планують побудувати портативну пастку для антиматерії і перевезти її на кілька сотень метрів до місця проведення експерименту.
Але про все по порядку. Перш ніж перевозити антиматерію, її потрібно синтезувати і утримати від аннігіляції зі звичайною речовиною, що саме по собі досить непросто. Зазвичай антиматерію отримують наступним чином. Беруть звичайні протони, розганяють їх до високих енергій і направляють пучок на мішень, що складається з атомів важких металів. У результаті народжується велика кількість найрізноманітніших частинок, серед яких є й антипротони. Отримані частинки сортують і відбирають з них антипротони, які потім використовують у подальших експериментах - або їх заново розганяють, щоб зіштовхнути з іншими частинками, або уповільнюють, щоб «законсервувати» і виміряти фізичні характеристики - наприклад, масу або g-фактор. На потік цей процес поки що поставлено тільки в ЦЕРНі, в якому для уповільнення частинок використовують спеціально побудований «Антипротонний уповільнювач» (antiproton decelerator, AD).
При бажанні можна синтезувати і більш складні, складові античастинки - наприклад, антидейтрони, антитритони або ядра антигелія-3 і антигелія-4. Якщо змусити їх захопити позитрони (античастинки електронів), вийде справжнісінький антиатом. Правда, поки вченим вдалося отримати тільки атом антиводню, тобто зв'язати антипротон і позитрон. Відловити і уповільнити ядра більш важких елементів набагато складніше.
Як же вчені «консервують» синтезовані античастинки? Головна проблема, яка заважає їм довго жити, - взаємодія зі звичайною матерією, що оточує античастинки з усіх боків. Варто протону і антипротону зіткнутися, і обидві частинки моментально зникнуть, залишивши після себе багатий «спадок» з вторинних частинок - наприклад, лід-мезонів або К-мезонів. Щоб запобігти таким зіткненням, фізики зводять до мінімуму кількість звичайних частинок, присутніх в установці, а потім утримують антипротони від зіткнень зі стінками за допомогою електромагнітних полів. У ЦЕРНі для цього використовують пастку Пеннінга (Penning trap), що нагадує своєю формою витягнуту пляшку. У такій пастці вертикальні рухи частинок (від донечка «пляшки» до горлечка) гасить квадрупольне електричне поле, а радіальні (паралельно донечку) - однорідне магнітне поле.
Вперше «зловити» атоми антивіщення в подібну пастку вдалося тільки в 2010 році. У цьому експерименті 38 атомів антиводню протрималися всього близько 173 мілісекунд. Однак потім вчені вдосконалили технології і час зберігання атомів антивіщення до звичних у звичайному житті значень. Так, вже в 2011 році їм вдалося протримати атоми антиводню протягом 1000 секунд (трохи менше 17 хвилин), а окремі антипротони зараз можуть зберігатися більше одного року.
Правда, варто зауважити, що протягом довгого часу вдавалося утримувати не більше дванадцяти античастинок, а максимальне досягнуте число одночасно перебувають у пастці антипротонів не перевищує десяти мільйонів. Для перевезення антиматерії на далекі відстані цього недостатньо. Тим не менш, група вчених під керівництвом Олександра Обертеллі (Alexandre Obertelli) - керівника проекту PUMA (antiProton Unstable Matter Annihilation), в рамках якого планується організувати перевезення антиматерії, сподівається збільшити число одночасно утримуваних в пастці Пеннінга антипротонів до одного мільярда, зберігаючи тривалість їх життя на рівні декількох тижнів. Для цього вчені планують знизити температуру установки до чотирьох кельвінів і довести чистоту створюваного в ній вакууму до значень, порівнянних з міжгалактичним простором, - тобто близько одного атома водню на літр. Побудовану установку перемістять у вантажівку, завантажать антиматерією, а потім перевезуть на кілька сотень метрів до місця проведення експерименту. За оцінками вчених, розробка такої установки займе близько чотирьох років і перший зразок буде готовий вже до 2022 року.
Але навіщо взагалі вченим потрібно перевозити антиматерію? Загалом-то, відповідь на це питання проста. Експериментальних установок з синтезу антиматерії в світі лічені одиниці, а в порівняно великих кількостях її вміють виробляти тільки в ЦЕРНі. З іншого боку, можна придумати величезну кількість експериментів з використанням антиматерії, але розмістити всі ці експерименти неподалік від антипротонного уповільнювача фізично неможливо. Набагато дешевше буде синтезувати антивіщення в одному місці, а потім вже везти його безпосередньо до тієї чи іншої експериментальної установки.
Зокрема, проект PUMA, в рамках якого вчені розробляють пастку для довготривалого зберігання значного числа античастинок, планує тісно співпрацювати з експериментом ISOLDE, який виробляє рідкісні ізотопи радіоактивних елементів. У той час як звичайні атоми містять протонів і нейтронів приблизно порівну, синтезовані в цьому експерименті ядра збагачені нейтронами набагато сильніше. Наприклад, в ядрі літію-11 міститься цілих вісім нейтронів проти чотирьох нейтронів літію-7. Через це ядра починають виглядати дуже нетипово - наприклад, в тому ж літії-11 два нейтрони звертаються навколо стійкого утворення з дев'яти решти нуклонів. Це дозволяє детально вивчити ядерні сили, стикаючи незвичайні ядра з іншими частинками. На жаль, час життя таких ядер дуже мало і досліджувати їх складно. Зіткнення з антипротонами має вирішити цю проблему, оскільки анігіляція з частинками антиматерії відбувається дуже швидко - отже, ядра не встигнуть розпастися до того, як вона станеться.
Наостанок зауважимо, що до створення бомби з антивіщення, що фігурувала в романі Дена Брауна, вченим все-таки ще дуже і дуже далеко. Проблема не тільки в тому, що майбутня установка для утримання антиматерії буде дуже великою (для підтримки сильних полів потрібні потужні електромагніти) і заховати бомбу в центрі жвавого міста навряд чи вийде. Куди більш складним завданням буде створення такої кількості антиматерії, анігіляція якої зі звичайною речовиною призведе до помітного виділення енергії. Все-таки світове виробництво антиматерії досі не перевищує в рік. У той же час, при аннігіляції однієї антивіщості з одним кілограмом речовини виділиться «всього» 1,8 1017 джоулів енергії, що еквівалентно енергії, що виділяється при вибуху 43 мегатонн тротилу, і не дотягує до потужності радянської «Цар-бомби». Так що поки боятися абсолютно точно нічого.