Приближается сотая годовщина со дня рождения Б.П. Константинова, выдающегося естествоиспытателя и организатора науки ХХ века. Его имя носит наш Петербургский институт ядерной физики. Борис Павлович был научным руководителем работ по производству ядерных боеприпасов, щелочи и хлора, заложил основы архитектурной акустики, энергетики будущего, методы разделения смесей по подвижностям в электрическом поле (изотахофорез), голографии и стереотелевидения. Наряду с этими работами Б.П. Константинов был инициатором многих фундаментальных исследований. Одним из таких направлений был поиск антивещества во Вселенной.

 В 1957 году Б.П. Константинов становится директором Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе и приступает к созданию такого физического института, где в тесном взаимодействии будут работать физики всех специализаций. В филиале ФТИ в Гатчине открываются лаборатории нейтронных исследований и физики высоких энергий. В Физико-техническом институте создается Астрофизический отдел с широкой программой экспериментальных исследований в космосе. Одной из задач этого отдела, которому исполнилось 50 лет, стал поиск антивещества во Вселенной.

 Водород – самый распространенный элемент в природе. Каждый атом водорода состоит из положительного протона, вокруг которого обращается отрицательный электрон. У антиводорода вокруг отрицательного антипротона обращается положительный антиэлектрон – позитрон. Каждому атому с положительным ядром в антимире соответствует антиатом с отрицательным ядром и положительными позитронами вокруг. При встрече атома с антиатомом происходит аннигиляция материи – вещество и антивещество исчезают, и выделяется энергия в виде излучения.

 Ещё в 30-х годах прошлого века шведский физик О. Клейн высказал мысль, что при сотворении мира из ничего половина возникшего вещества была из материи, а половина - из антиматерии. Альвен предположил, что в том случае, если сотворение мира происходило в магнитном поле, то вещество и антивещество окажутся в разных областях пространства. В 1940г. В. Рожанский высказал предположение, что достаточно большие куски антивещества проникают в солнечную систему, расталкивая космическую пыль лучевым давлением. В частности, Тунгусский метеорит мог быть из антивещества. Б.П. Константинов начал с проверки этого предположения. Если Тунгусский метеорит был из антивещества, то взрыв его должен был быть точечным и сопровождаться мощным излучением. Экспедиции в район падения метеорита А.В. Золотова установили, что вывал леса содержит след от баллистической волны, оставленной телом, размером 60 – 90 метров. В районе вывала отсутствовала избыточная радиоактивность. У сохранившихся деревьев не было характерных соматических мутаций. Тунгусский метеорит был из обычного вещества.

 Тогда Б.П. Константинов решил проверить, нет ли комет из антивещества. Трудность заключалась в том, что кометы и антикометы излучают свет одного спектрального состава. Осколки комет – метеориты и антиметеориты, влетающие в атмосферу, сгорают, оставляя светящийся след. Этот след видят радиолокационные станции. Оставалось определить, не сопровождает ли светящийся след жесткое излучение аннигиляции. Оказалось, что не сопровождает. Задача усложнялась – нужно было поднимать в космос аппаратуру, которая могла бы засечь потоки антипротонов и позитронов, приходящих из глубин вселенной.

 Предварительно нужно было убедиться, что окружающий землю космос свободен от космической пыли, поглощающей антивещество. Каждая космическая пылинка, сталкиваясь со спутником, производит ощутимый удар, который можно засечь микрофоном. Оказалось, что таких ударов очень мало. Пришлось развернуть по сторонам спутника тонкие пленки и подсчитать число микропробоев. Ближний космос оказался удивительно чистым – солнечные лучи выталкивают всю пыль из окрестности Земли.

 При жизни Константинова удалось поставить только один спутниковый эксперимент по определению отношения числа антипротонов к протонам в первичном космическом излучении. Магнитное поле Земли закручивает протоны в одном направлении, а антипротоны – в другом. Поток заряженных частиц, налетающих на спутник с востока, отличается от потока частиц, налетающих с запада. Для протонов и антипротонов эффекты различаются. Этот эксперимент не дал заметного результата – поток антипротонов был слишком слабым.

 Экспериментальные исследования, начатые Б.П. Константиновым, продолжил нобелевский лауреат С. Тинг. Он задумал поднять в космос детектор с большим постоянным магнитом, который отклонял бы протоны и антипротоны в разные стороны. Полный вес этой установки приближался к 32 тоннам. Поэтому поднять её в космос мог только шаттл. При первом подъеме в космос в детекторе что-то не сработало.

Перед вторым полетом – сгорел «Дискавери» - придется ждать, когда детектор антипротонов снова поднимут в космос.

 Тем временем, в Астрофизическом отделе Физико-технического института велись подготовительные работы к измерению потока позитронов, приходящих из глубин Вселенной. Прежде всего, нужно было измерить спектр космических гамма-лучей. Это был важный этап исследований, поскольку жесткие фотоны, налетая на вещество, создают пары электрон-позитрон. Один за другим в космос поднимались спутники с детекторами гамма-лучей. В физико-техническом институте этими работами руководил Е. П. Мазец. В результате совместных усилий спектр первичных гамма-лучей был определен.

  Только в 2006 г. с космодрома Байконур был поднят спутник с установкой ПОМЕЛА. В создании этого детектора быстрых позитронов принимала участие коллаборация ученых десятка институтов России и Италии. Между полюсами постоянного магнита находились полоски вольфрама и кремниевые детекторы. Быстрые электроны и позитроны тормозились в тяжелом вольфраме и разводились магнитным полем в разные стороны. Полученный результат ошеломил физиков – из космоса шел поток высокоэнергетичных позитронов.

 В XXI веке картина Вселенной кардинально изменилась, по мнению ученых, Вселенная – это большой расширяющийся пузырь диаметром 12,5 – 13х10⁹ световых лет. Он заполнен особой субстанцией – физическим вакуумом, излучением и частицами темной материи. Видимого вещества немного – 2 – 4 %. Это водород и гелий. Процесс звездообразования в основном завершился. Образовалось не более 10¹⁷ звезд, они собраны в галактики и в группы галактик, которые хаотично разбросаны во Вселенной. Темная материя в свою очередь состоит из частиц и античастиц. Они взаимодействуют между собой только гравитационно, поэтому процесс их аннигиляции затянут во времени. Тяжелые элементы образуются за счет вторичных реакций в звездах. Вероятность происхождения жизни ничтожно мала – меньше 10^-21. Скорее всего, Земля – единственное место во Вселенной, где есть жизнь и разум. Как важно сохранить нашу планету для жизни на миллионы лет!

Ведущий научный сотрудник РАН А.И. Егоров