Проблема физики и химии антивещества: возможности исследования свойств, поиска во вселенной, синтеза и применений (стр. 2 )

Подробное изложение этого вопроса дано в достаточно детальных обзорах Галактионова и Пляскина [47,48]. Указывается, что появление возможности проведения долговременных исследований космического излучения с помощью современных установок, находящихся на космических аппаратах, позволяет существенно расширить область исследований поиска антивещества в первичном космическом излучении во вселенной и/или вселенных. Одной из первых современных установок, предназначенная для длительного изучения потоков первичного космического излучения вплоть до области энергий в несколько ТэВ с помощью прибора, находящегося на МКС, является Альфа-Магнитный Спектрометр (АМС) (Руководителями этого проекта являются С. Тинг и др. (Сhао Сhung Ting) (Массачусетский технологический институт) и , и (Минатом, ИТЭФ).

` АМС – это большой (0,65 м2) детектор, предназначенный для работы на Международной космической станции. Цель эксперимента – поиск космической антиматерии и темной материи и изучение состава и энергетического спектра первичных космических лучей. Уменьшенная версия спектрометра (АМС-01) уже летала на Spase Shuttle Discovery в течение 10 дней в июне 1998 г. За время полета АМС-01 было зарегистрировано 2,86х106 ядер Не с жесткостью вплоть до 140 ГэВ/с, при этом не было зарегистрировано ни одного ядра анти-Не. Кроме того, на основании данных по потокам ядер тяжелее гелия установлен предел на отношение антиматерии/материя для тяжелых антиядер на уровне <2x10-5. Новая версия АМС (АМС-2) предназначена для установки на МКС в ноябре 2004 г. на рабочий период 3 года. Основное отличие АМС-2 от предыдущего – в установке сверхпроводящего магнита, который позволит увеличить в 6 раз чувствительность спектрометра. Сверхпроводящий магнит включает в свой состав два диполя и 20 рейстровых катушек на основе NbTi проводников, стабилизированных Al, с рабочим током 450 А. Рабочая температура – 1,8 К при давлении 20 мбар, которая будет обеспечиваться сверхтекучим гелием. Два рефрижератора будут поддерживать работу спектрометра в течение 27-33 месяцев. Вес магнитной системы – 3 тонны. Внешние стенки магнита покрыты сцинтилляционным пластиком для исключения фоновых частиц, производимых взаимодействиями материала магнита.

В составе спектрометра имеется детектор синхротронного излучения, порождаемого электронами в магнитном поле Земли; кремниевый микрополосковый детектор для высокопрецизионного измерения жесткости частиц и знака их заряда; черенковский детектор для определения массы частиц и идентификации изотопов и химических элементов; электромагнитный калориметр для разделения электрон/адрон с энергиями от нескольких ГэВ до 1 ТэВ, а также система обработки данных в реальном масштабе времени.

В поисках антиматерии АМС детектор будет способен различать возможные ядра антигелия среди 108 –109 фоновых ядер гелия.

Общий вес экспериментальной аппаратуры ~ 6 тонн при потребляемой мощности 2 кВт. Ограничения по весу, габаритам и потребляемой млщности аппаратуры, по радиационной стойкости материалов требует использования новейших высоких уникальных технологий.

Возможность получения энергии и антивещества при низких энергиях: вероятный физический механизм самоорганизации при ядерном синтезе, трансформации элементов и синтезе антивещества

Рождение позитронов, а возможно и других античастиц, в поле ядра с критическим зарядом ZC>170 вследствие неустойчивости вакуума проблема интересная, пожалуй, лишь в теоретическом плане [30-32], т. к. таких ядер в природе вероятно не существует. Поэтому были рассмотрены другие возможности рождения позитронов при сближении тяжелых ядер, суммарный заряд которых соответствует неравенству Z1 + Z2>ZC. Расчеты, выполненные в [31], показали, что при адиабатическом сближении тяжелых ядер в случае, если сталкивающиеся ядра не имеют электронов на К-оболочке, может возникнуть состояние на К-оболочке объединенного (составного) ядра с зарядом Z1 + Z2 и с эффективным радиусом ~ R. Тогда роль критического параметра RС играет расстояние R. При R~RС должно наблюдаться рождение позитронов. Проницаемость барьера экспоненциально зависит от Rc - R и позитроны будут испускаться при R → Rmin достаточно монохроматическими.

В данном сообщении на основании квантовой модели электрона Олейника - Арепьева [49] как открытой самоорганизующийся системы описывается возможный механизм ядерных реакций между ядрами с Z > 85 [31,36,37] при низких энергиях, обусловленный пространственной протяженностью электрона, и возможно приводящий к резкому понижению барьера между ядрами. Это вероятно при определенных условиях (см. ниже) может приводить к возможности слиянию таких ядер с образованием составного ядра с критическим зарядом Z > 170, в поле которого вследствие неустойчивости вакуума возможно рождение позитронов, а возможно и других античастиц [30-33]. Для осуществления такого процесса необходимо иметь интенсивный поток свободных электронов и достаточно число свободных ядер. Как отмечается в [30,31], этот механизм может проявиться лишь при малых энергиях поступательного движения центров масс ядер и электрона.

Остановимся более подробно на качественном изложении физического смысла ядерных превращений при низких энергиях, основанных на квантовой теории электрона как открытой самоорганизующейся системы [49]. Указывается, что если два или большее число ядер при определенных экстремальных внешних условиях оказываются «внутри» области основной локализации электрона, то из-за взаимодействия ядер с электрически заряженной материей электронного облака может возникнуть сила притяжения между ядрами, вероятно способствующая их слиянию. Таким образом, холодные ядерные реакции представляют собой внутриэлектронный процесс, свойства которого определяются физическими характеристиками собственного поля, создаваемого электрически заряженной материей электрона. Это поле рассматривается как врожденное, неот`емлимое физическое свойство электрона, внутренне присущее частице по самой природе вещей, и поэтому собственное поле и самодействие заключается в определении частицы на самом начальном построении ее теории. Можно сказать, что электрон представляет собой квант (элементарное возбуждение) поля самодействующей электрически заряженной материи. Это по-существу дела солитон, физические и геометрические свойства которого описываются нелинейным и нелокальным динамическим уравнением. Рассмотрение приложений квантовой модели самодействующего электрона [49] приводит авторов к выводу о том, что единственно приемлимым способом решения энергетической проблемы состоит в использовании ядерного синтеза при низких энергиях. Отметим, что в качестве об`ектов, уменьшающих кулоновский барьер между ядрами, могут быть и другие более тяжелые лептоны, а также каоны.

Использование холодных ядерных реакций способно решить проблемы трансформации элементов, проблему получения энергии при ядерном синтезе и проблему получения антивещества для будущих межзвездных перелетов [48-54]. Все эти проблемы неимоверны сложны, но, по-видимому, в будущем этот вопрос может быть решен положительным образом. История развития человеческой цивилизации показывает, что сколь бы не трудна и даже фантастична не была задача осуществления тех или иных проектов (в частности и получения антивещества), она в конце концов решается в процессе научного познания законов мироздания и развития технологий.

Следует все же подчеркнуть, что квантовая теория электрона как открытой самоорганизующейся системы [49] еще недостаточно обоснована и разработана. Отсутствуют прямые эксперименты по доказательству ее применимости к проблемам, упомянутым в данном сообщении информативного характера.

О возможности анигиляционных источников энергии

Успехи в исследованиях и использовании космического пространства (особенно ближнего космоса) впечатляют и все более набирают силу. Для исследований дальнего космоса и межзвездных перелетов в первую очередь необходимы новые виды двигателей и источников энергии. В литературе имеется очень большое число работ, посвященных физическому обоснованию и различным проектам фотонных двигателей. Одним из вариантов фотонных двигателей может служить проект позитронного аннигиляционного источника энергии (двигателя), основанного на последних достижениях современной физики, например, проблеме перестройки вакуума в сильных полях [30-32].

Ниже обсуждается использование этого явления для создания позитронных аннигиляционных источников энергии (в том числе двигателей). В первой части излагается физическая сущность перестройки вакуума согласно изложению этой идеи Мигдалом [30]. Во второй части согласно идеям Арцимовича и Сагдеева [33] о физике плазмы обсуждается вопрос о возможности создании плазмы тяжелых атомов с зарядом Z>85 и ее удержания магнитным полем (см. предыдущий раздел). Дается возможная схема позитронного аннигиляционного источника энергии (двигателя).

Рождение позитронов, а возможно и других античастиц, в поле ядра с критическим зарядом ZC>170 вследствие неустойчивости вакуума проблема интересная, пожалуй, лишь в теоретическом плане [30,31], т. к. таких ядер в природе вероятно не существует. Поэтому были рассмотрены другие возможности рождения позитронов при сближении тяжелых ядер, суммарный заряд которых соответствует неравенству Z1 + Z2>ZC. Расчеты, выполненные в [31], показали, что при адиабатическом сближении тяжелых ядер в случае, если сталкивающиеся ядра не имеют электронов на К-оболочке, может возникнуть состояние на К-оболочке объединенного (составного) ядра. При R<<1 (R - расстояние между ядрами) (при расчетах в [31-32] использовались единицы ħ=m=c=1) система представляет собой составное ядро с зарядом Z1 + Z2 и с эффективным радиусом ~ R. Тогда роль критического параметра играет расстояние R. При R~RС должно наблюдаться рождение позитронов. Проницаемость барьера экспоненциально зависит от Rc - R и позитроны будут испускаться при R → Rmin достаточно монохроматическими.

Отсюда следует, что на начальной стадии сближения, когда Zeff ~ Zc возникают три состояния, нижнее - стационарное, а два верхних, соответствующие одной и двум парам, квазистационарные. При дальнейшем сближении все три уровня делаются квазистационарными. Расстояние между уровнями ~ 10 ÷ 20 кэВ.