Предположим, мы хотим получить несколько граммов антиматерии – для межгалактических полетов, для источника энергии, для того, чтобы что-то разбомбить – для любой цели. Тут же встают вопросы – как ее получить, как хранить и из чего она должна состоять? Никаких специальных процессов, как в случае тротила или бензина, не требуется. Энергию высвобождает аннигиляция, так что подойдет любая самая простая антиматерия. Нам придется ее изготавливать по античастице и антиатому за раз. Проблема в том, как лучше всего собрать необходимое количество антиматерии для хранения. Именно на этом этапе реальность и природа начинают разрушать мечту, созданную научной фантастикой. Чтобы изготовить один грамм антипротонов, требуется почти триллион триллионов частиц. Чтобы изготовить один грамм позитронов, требуется еще в две тысячи раз больше. Это огромные количества. Чтобы позволить вам их представить, приведем кое-какие данные.
После открытия антипротона в 1955 году ЦЕРН, использующая Антипротонное кольцо, и «Фермилаб», в которой имеется подобная технология, в целом смогли получить менее одной миллионной грамма. Если бы мы смогли собрать вместе всю полученную на сегодняшний день антиматерию, а затем аннигилировать ее с материей, то нам хватило бы энергии только для того, чтобы зажечь одну электрическую лампочку на несколько минут. В отличие от этой энергии, потраченная на производство антиматерии энергия могла бы осветить площадь Пиккадилли в Лондоне или Таймс-Сквер в Нью-Йорке.
При нынешнем уровне развития науки и техники на изготовление одного грамма уйдет 100 тысяч веков. Оборудование, разработанное для производства пучков античастиц для специальных экспериментов, не предназначено для хранения их больших количеств. Тем не менее даже если мы сможем спроектировать машину специально для создания больших количеств антиматерии, пройдут еще десятки миллионов лет до начала промышленного производства в короткие сроки, измеряемые хотя бы неделями. Но все равно остается вопрос хранения.
Для начала нужен высокий вакуум и контейнер, состоящий из электрических и магнитных полей. Хорошая новость состоит в том, что мы знаем, как хранить античастицы и с успехом уже это проделывали в ловушках Пеннинга, где они хранились по нескольку недель. Однако есть ограничения по хранению в магнитной «бутылке», поскольку возникают проблемы, когда много заряженных частиц собираются в малом объеме. Природный факт, от которого не уйти, состоит в том, что электрически заряженные частицы с одним и тем же знаком заряда отталкиваются друг от друга, так что чем больше их у вас набирается, тем труднее их заталкивать в магнитную «бутылку». Самое большое количество, которое удалось сохранить, – это около миллиона антипротонов. Но не радуйтесь заранее – это в миллиард миллиардов раз меньше, чем нужно для производства одного грамма антиматерии. «Бутылка» с античастицами, которая еще и может потечь, – это не решение проблемы.
Один из способов решения этой проблемы – смесь позитронов и антипротонов, как атомов антиводорода. Электрические заряды положительных позитронов и отрицательных антипротонов отменяют друг друга, так что проблема слишком большого электрического заряда не должна волновать. Мы сами состоим из миллиардов атомов, которые содержат уравновешенные положительные и отрицательные заряды, так что в целом мы не ощущаем никакой электрической активности внутри себя. То же самое может относиться к антиматерии. Но в данном случае магнитные канаты и электрические стены, которые создают тюрьму, могут удерживать внутри только электрически заряженных заключенных. Если эти заключенные разобьются на пары, и их отдельные заряды, соединившись, дадут ноль, таким образом отменив заряд, то сила стен тюрьмы исчезнет как по взмаху волшебной палочки: чтобы что-то удержать в электромагнитной «бутылке», требуются какие-то силы, действующие между «бутылкой» и тем, что там удерживается. Атомы антиводорода нейтральны по отношению к электрическим и магнитным полям, поэтому они легко сбегают, не удерживаемые стенами тюрьмы, встречаются с материей и разрушаются.
Возможно, удастся поймать в ловушку часть атомов антиводорода в магнитных полях, которые быстро меняются, так что различные магнитные моменты позитрона и антипротона будут удерживать атом, но это пока не было достигнуто даже в случае нескольких антиатомов.
Еще одна возможность – это сделать атомы позитрония: позитрон плюс электрон. В последние годы этим направлением заинтересовались американские военные. Проблема здесь не только в том, что этот атом является электрически нейтральным, как антиводород, но также и в том, что его составляющие взаимно уничтожают друг друга. Продолжительность жизни атома позитрония – меньше одной тысячной доли секунды, это слишком мало, чтобы их можно было использовать в качестве энергии даже для путешествия на Марс. Тем не менее американские ВВС считают, что этого достаточно для их целей, и в исследования вкладываются миллионы долларов.
В самом начале книги мы уже говорили об оружии на основе антиматерии, разработкой которого занимаются американские ВВС. Я считаю, что на сегодняшний день нет возможности изготовить бомбы на основе антиматерии по той же самой причине, по которой мы не можем использовать ее как источник энергии, о чем было рассказано выше. Мы не можем собрать достаточное количество антиматерии, мы не можем обеспечить нужную плотность и не знаем, как хранить большие количества антиматерии. Процессы превращения энергии в антиматерию неэффективны. Так что пока, несмотря на все средства, которые военные вливают в свои исследования, нам не стоит волноваться об использовании антиматерии в военных целях.
В качестве примера возьмем один гипотетический грамм антиматерии. Аннигиляция такого количества будет соответствовать взрыву атомной бомбы. С имеющейся на сегодняшний день техникой и технологиями можно производить по одному нанограмму (одной миллиардной доле грамма) антиматерии в год. Уйдут на изготовление этого грамма сотни миллионов долларов. Многовато даже для американских военных.
В дополнение к стоимости и проблемам производства, есть проблема хранения. Как мы уже неоднократно говорили, одинаковые заряды отталкиваются друг от друга. Так что для удержания электрического заряда грамма чистых антипротонов или позитронов потребуется построить такое мощное поле, что если вы каким-то образом его нарушите, то взрыв от разлетающихся в разные стороны заряженных частиц превысит тот, который может получиться при аннигиляции. Если уж так хочется делать бомбы, то, наверное, проще забыть об антиматерии и заняться технологией, которая требуется для ее хранения и сдерживания. Меньше усилий и дешевле. Производить антиматерию просто непрактично.
После упоминавшегося в начале книги выступления Кеннета Эдвардса других заявлений от ВВС США не было. Представители военного ведомства говорили о том, что им запрещено высказываться на эту тему и давать интервью. Скорее всего объяснение заключается не в секретности, а в том, что оружия на основе антиматерии нет, и проект оказался только мечтой, но это не признается официально. Денег-то потрачено очень много!
Однако ВВС США финансировали исследование антипротонов в Пенсильванском университете под руководством Джеральда Смита, который возглавлял кафедру физики в этом университете и входил в комиссию ЦЕРН, оценивающую экспериментальные проекты, связанные с антипротонами. После увольнения из Пенсильванского университета Смит основал компанию Positronics Research LLC в Санта-Фе, штат Нью-Мексико. Как подразумевает название, его интересы перешли с антипротонов на позитроны. Компания занимается вопросами сохранения энергии, ядерной медициной и разработками для ракетных двигателей.
Смит начинал работу над ракетными двигателями еще в Пенсильванском университете в 1990-е годы, тогда упор делался на антипротоны. В планах было производство, улавливание и транспортировка антиматерии для ракетных двигателей. Его команда заявила о работе над ловушкой, которая могла бы удерживать до миллиарда антипротонов на протяжении десяти дней. Они называли ее прототипом ловушки, которая могла бы удерживать 1014 антипротонов 120 дней. То есть столько времени, сколько требуется для полета на Марс и обратно. Однако десять лет спустя никакого результата предъявлено не было, это даже не оказалось дорогой к какой-то новой технологии. ЦЕРН вообще не занималась ничем подобным. Максимальное количество антипротонов, которое когда-либо удавалось удержать в ловушке, составляет миллион. А исследования в настоящее время сосредоточиваются на хранении малых количеств для производства точных измерений.
Также Джеральд Смит подтвердил в одном интервью, что в 2004 году ВВС США выделили свыше 3 миллионов долларов на исследования, проводившиеся его командой, о чем мы уже рассказывали в главе «Интерес военных к антиматерии». Но не было никаких заявлений, а тем более демонстрации производства или хранения больших количеств антиматерии.