Гости программы:

Аркадий Моисеевич Гальпер - руководитель проекта PAMELA (Payload for Antimatter Matter Exploration and Light-nuclei Аstrophysics) с российской стороны, профессор, доктор физико-математических наук;

Юрий Иванович Стожков - главный научный сотрудник Физического института имени Лебедева Российской академии наук (ФИАН), профессор, доктор физико-математических наук.

Ведущая - Виктория Луценко.

Совместный спецпроект радиостанции "Голос России" и студии "Роскосмос" (Федерального космического агентства).

 Антиматерия на "поясе" Земли

Сенсационное открытие недавно помог сделать российский спутник "Ресурс-ДК", созданный в самарском предприятии "ЦСКБ-Прогресс". Землю окружает пояс из частиц антиматерии, антипротонов, которые удерживаются магнитным полем планеты. К таким выводам пришли ученые, обработав данные научного аппарата ПАМЕЛА (PAMELA), установленного на спутнике.

Международный эксперимент ПАМЕЛА, над которым работают астрофизики из Италии, Германии, Швеции и России, действует с 2006 года. Идея его проведения принадлежит Московскому инженерно-физическому институту и нынешнему руководителю проекта ПАМЕЛА - профессору Аркадию Гальперу.

ПАМЕЛА должна ответить на главные вопросы мироздания. Научные задачи орбитального спектрографа - регистрация и изучение материи, антиматерии и астрофизики легких ядер.

Говорит генеральный конструктор "ЦСКБ-Прогресс" Равиль Ахметов: "Эта аппаратура в состоянии зафиксировать частицы антиматерии, если таковые есть. Если таковые будут обнаружены. Это для того, чтобы понять, вернее, приблизиться к пониманию, из чего же состоит Вселенная, как она устроена, как она образовалась, как она будет развиваться, двигаться. Потому что до сих пор строили теории того, как Вселенная образовалась, как она существует, откуда взялась".

Антиматерия является одной из главных загадок Вселенной. Каждая элементарная частица - протон, электрон, нейтрон и множество других - имеют зеркальное отражение в виде античастиц. Атом антиматерии обладает той же массой, что и обычный атом, но несет противоположный заряд. Открытие антиматерии дает повод фантастам предположить, что у нашего мира есть зеркальное отражение. Ученые пока в своих высказываниях осторожны.

Говорит президент Российского научного центра Института имени Курчатова академик Евгений Велихов: "Сегодня Вселенная загадывает ту загадку, которая позволяет нам считать, что мы на пороге великих открытий, которые в корне изменят наше понимание того, как устроена материя. А отсюда пойдет все остальное".

Естественное хранилище антипротонов в магнитном поясе поможет людям путешествовать за пределы Солнечной системы. В NASA заявили о возможности создания установок, способных собирать и хранить античастицы на орбите. По такому принципу работают лабораторные установки для удержания нестабильных античастиц в искусственно созданном магнитном поле. По мнению ученых, энергию, полученную благодаря частицам, можно будет использовать как топливо для космических кораблей будущего.  

Одному из ведущих космических предприятий - Ракетно-космической корпорации "Энергия" - исполняется 65 лет. Современное название РРК "Энергия" получило в 1994 году. До этого оно было известно как "Особое конструкторское бюро номер 1". Или, как еще его называли, "Королевское КБ", основателем которого был сам главный конструктор Сергей Павлович Королев.

Вспоминает Борис Черток - соратник Сергея Королева: "Все признавали Королева своим руководителем. И это качество лидера, видимо, у него врожденное и потом выработавшееся в процессе всей его трудной жизни было таким, что все беспрекословно признавали его авторитет.

Вся история отечественной космонавтики - это история предприятия. Запуск первого спутника Земли, полет первого человека в космос, первые автоматические аппараты к Луне, Венере, Марсу, первые орбитальные станции, проект многоразового космического челнока "Буран".

Сегодня главное направление работы РКК "Энергия" - пилотируемая космонавтика. Именно здесь делают космические корабли "Союз". А многие инженеры предприятия - стали космонавтами. Еще при Сергее Павловиче Королеве был сформирован так называемый  отряд гражданских космонавтов из специалистов КБ. 

***

На Байконуре завершаются работы по подготовке к запуску космических аппаратов "Глобалстар-2". В настоящее время готов к стыковке с космическими аппаратами разгонный блок "Фрегат". Его будут использовать для выведения на орбиту кластера из шести космических аппаратов "Глобалстар-2".

Рассказывает заместитель генерального директора, генерального конструктора НПО им Лавочкина Юрий Костеренко: "Фрегат" - это своего рода уникальная машина. Она входит в число самых современных разгонных блоков в мире, не уступает ни в чем мировым аналогам. Позволяет выводить космические аппараты на любые виды орбит, полностью работает в автоматическом режиме, позволяет осуществить корректировку орбиты, если произошли небольшие отклонения в момент старта".  

"Глобалстар" - это группа спутников низкой околоземной орбиты, предназначенная для спутниковых телефонов и низкоскоростной передачи данных. Предыдущий запуск шести космических аппаратов "Глобалстар-2" для одноименной американской системы связи успешно осуществлен ракетой-носителем "Союз-2" с разгонным блоком "Фрегат" в июле 2011 года.

Интервью

Луценко: Здравствуйте, друзья! Мы поговорим на очень интересную тему, наверняка малоизвестную вам. Для меня это было, наверное, такое же открытие, как для тех ученых, которые его совершили.

Вокруг Земли ученые недавно впервые обнаружили тонкий пояс неких частиц. Это явление давно предсказывали физики-теоретики. Вокруг нашей планеты в значительном количестве кружат антипротоны, пойманные магнитным полем Земли. Это открытие подтвердило теорию о том, что магнитное поле Земли способно притягивать антиматерию.

В этих понятиях, а также в том, в чем суть этого открытия, помогут нам разобраться наши гости. Представляю их. У нас в гостях профессор, доктор физико-математических наук, руководитель проекта с российской стороны Аркадий Моисеевич Гальпер. Здравствуйте, Аркадий Моисеевич!

Гальпер: Добрый день!

Луценко: А также у нас в гостях профессор, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник Физического института имени Лебедева Российской академии наук (РАН) Юрий Иванович Стожков. Здравствуйте, Юрий Иванович!

Стожков: Здравствуйте!

Луценко: Правильно ли я представила нашим слушателям то открытие, о котором сейчас, наверное, говорят ваши коллеги во всем мире и которым занимается большое количество ученых?

Гальпер: Почти правильно.

Луценко: Поправьте меня. Давайте разбираться. Итак, что же это за открытие, которое, как я понимаю, несколько лет назад было совершено вашими коллегами учеными?

Гальпер: Я хотел обратить внимание, что попытки зарегистрировать антипротоны в радиационном поясе Земли были сделаны довольно давно - еще в 90-х годах прошлого столетия.

Однако научная аппаратура, с помощью которой пытались это сделать, была недостаточно чувствительна к тем потокам, которые действительно сегодня смогла зарегистрировать PAMELA. Несколько слов об этом, чтобы наши слушатели представляли, что такое PAMELA.

Луценко: Да. И почему такое красивое имя.

Гальпер: Немножко истории. Дело в том, что изучение потоков античастиц было предметом многих исследований, как я уже сказал. И для того, чтобы провести эти исследования правильно, необходимо было достаточно иметь достаточно хорошую научную аппаратуру, которая бы позволяла отделять частицы от античастиц. Это самое главное.

Основным способом, позволяющим отличать частицы от античастицы, является такая аппаратура, в которой используется магнитное поле. Это магнитное поле создается постоянным магнитом. И этот постоянный магнит - это центральная часть прибора. Все частицы, которые проходят через прибор - положительные и отрицательные, - отклоняются в магнитном поле.

Поскольку античастицы являются отрицательными, то естественно, в отличие от протонов, которые поворачиваются и разворачиваются вправо в магнитном поле, отрицательные частицы антипротона разворачиваются влево.

Луценко: И таким образом, благодаря элементарным законам, которые все мы знаем со школы, можно было это все выяснить?

Гальпер: Да, правильно. Но теперь надо было убедиться, что они действительно разворачиваются в нужную сторону. Для этого нужно было заполнить пространство, магнитное поле детекторами, которые позволяют измерять траекторию частицы. Поэтому магнит - это не просто магнитное поле, а магнитное поле, в котором находится чувствительный детектор элементарных частиц.

Луценко: Видимо, столько лет потребовалось для того, чтобы такую аппаратуру создать? И вот ее создали и назвали PAMELA?

Гальпер: Да.

Луценко: А кому принадлежит честь открытия, вернее, создания этой аппаратуры?

Гальпер: Опять немножко истории. Прибор PAMELA - это прибор коллективного творчества.

Луценко: Как всегда в научном мире?

Гальпер: Да, особенно сегодня, когда одной стране уже не по силам проводить высококлассные прецизионные измерения потоков космических лучей, да еще и на космических аппаратах. Естественно, ученые объединяются. И вот такое объединение было создано. Это объединение в первую очередь российских и итальянских ученых.

Сразу скажу, с российской стороны участвуют в этом эксперименте Московский инженерно-физический институт (МИФИ), который теперь называется Национальным исследовательским ядерным университетом МИФИ.

Кроме него, участвует в этом эксперименте, в подготовке, в обслуживании его в полете и, наконец, в обработке Физический институт имени Лебедева Российской академии наук (ФИАН) и еще одна известная научная организация - Физико-технический институт имени Иоффе Академии наук в Ленинграде.

Стожков: В Петербурге.

Луценко: То есть, с нашей стороны - три организации?

Гальпер: Да, три ведущие научные организации.

Луценко: Ваш коллега Юрий Иванович, который тоже у нас в гостях, представляет одну из них?

Гальпер: Правильно. Институт, который создавал часть научной аппаратуры, участвует в обслуживании эксперимента и, естественно, в обработке и анализе данных.

Луценко: Юрий Иванович, какое участие ваш институт конкретно принимал в создании PAMELA?

Стожков: Сам спектрометр PAMELA создавался таким образом, что все страны-участники делали какую-то часть детекторов. Потом все эти детекторы соединялись, и получался большой цельный и сложный прибор - спектрометр PAMELA.

Так вот, в нашем институте, в ФИАНе, мы предложили включить в состав этого спектрометра детектор нейтронов. Он позволяет выделять, скажем, электроны, позитроны от протонов и других радиоактивных частиц. МИФИ изготавливал сцинтиллятор С4. Германия изготавливала магнит. В общем, каждая страна сделала что-то. В итоге получился достаточно информативный и хороший прибор.

Луценко: Я так понимаю, что для создания PAMELA ученому сообществу потребовались уже какие-то известные детали. А открытия были совершены? Может быть, были созданы какие-нибудь новые части, новые элементы этого механизма, которые могут использоваться в дальнейшем для изучения не только с помощью аппаратуры PAMELA?

Гальпер: Вы говорите о технической стороне проблемы? Как выглядит эксперимент PAMELA с точки зрения развития техники?

Луценко: Да, безусловно. Это любопытно.

Гальпер: Скажу, что когда мы начинали наш эксперимент PAMELA, мы впервые в практике экспериментальной ядерной физики в исследовании космоса использовали так называемые стриповые детекторы.

Луценко: Что это?

Гальпер: Стриповые детекторы - это кристаллические детекторы, которые регистрируют прохождение частиц. Но эти стриповые детекторы в космических экспериментах были использованы впервые. Когда мы начали эксперимент PAMELA, эту часть прибора делали итальянцы.

Некоторое время тому назад такие детекторы делали и в России, и они неоднократно использовались не для полетов. Тогда мы и использовали то, что делали итальянцы для своих полетов на аэростатах, поэтому они были использованы здесь. Многие эксперименты, которые сейчас проводятся, - это особое использование более или менее известных совершенных научных приборов.

Луценко: Как я понимаю, аппаратура PAMELA - это очередное подтверждение синтетичности научного знания в наши дни?

Гальпер: Конечно. Тем более, если говорить, забегая вперед, то физические задачи, которые мы решаем, являются общими для физики в высоких энергиях. Мы изучаем частицы в космических лучах высокой энергии. Эти частицы появляются в результате ускорения в различных космических объектах. Вообще, почти каждый объект является нашим ускорителем, даже наше Солнце - ускоритель частиц.

Луценко: Это тоже известно еще из школьной программы.

Гальпер: Да. Это такие же ускорители, но даже гораздо более мощные, чем те ускорители, которые создают на Земле.

Луценко: Хорошо, что вы сказали об этом. Я знаю, что это открытие может привести к следующему открытию - к разработке топлива для ракет будущего. Это, наверное, миф? Может быть, мы его в конце программы развенчаем, а может быть, наоборот, укрепим. Мне бы хотелось обратиться к Юрию Ивановичу. Вы уже начали говорить об антиматерии. Давайте продолжим. Итак, к чему привели те исследования и эксперименты, которые были поставлены учеными с помощью аппаратуры PAMELA?

Стожков: Давайте сначала обсудим простую вещь - что же такое антиматерия и что такое материя.

Луценко: Только не с философской точки зрения.

Стожков: Нет, не с философской.

Луценко: Абсолютно с научной.

Стожков: Все на Земле, в Солнечной системе и, я думаю, в нашей галактике, состоит из протонов, нейтронов и электронов. Это известные частицы, это вещество. Но, оказывается, каждая частица, протон имеет антипротон. Нейтрон имеет антинейтрон.

Луценко: У всего есть антипод?

Стожков: Да, и электрон имеет позитрон. Вполне возможно, что в нашей Вселенной существуют галактики типа солнечных систем, которые состоят из антивеществ.

Луценко: Между прочим, я эту гипотезу поддерживаю.

Стожков: А что происходит, когда, например, сталкивается протон с антипротоном? Происходит аннигиляция. Обе частицы исчезают, и выделяется огромное количество энергии. Точно так же происходит с электроном и позитроном. Вот, собственно говоря, в чем разница между античастицами.

Луценко: Вот в чем была загадка физиков-теоретиков, о которых я говорила в начале программы.

Стожков: Да. Физики-теоретики - молодцы! Они предсказали существование позитрона, антипротона. Собственно, эксперимент PAMELA был направлен на то, чтобы искать и исследовать свойства антиматерии. В частности, антипротонов, позитронов и поиск антиядер гелея. К сожалению, никто в мире такие антигелии не обнаружил.

Луценко: Пока?

Стожков: Да. Поставлены некие пределы - поток таких частиц меньше чего-то. Три важных открытия были сделаны PAMELA. Первое - измерен спектр антипротонов в очень широкой области энергии, который никто в мире не мерил, и, соответственно, отношение антипротонов к протонам.

Был сделан вывод, что все антипротоны, по крайней мере в нашей галактике, имеют вторичное происхождение. Они образуются в результате взаимодействия высокоэнергичных протонов, ускоренных в звездных объектах до больших энергий с межзвездным газом - обычным веществом.

Во-вторых, был обнаружен рост отношения позитронов к электронам с ростом энергии. На самом деле это отношение должно падать, а оказалось, что оно увеличивается с ростом энергии, если энергия превосходит некую величину. Это очень интересное явление, потому что, с одной стороны, может быть, можно придумать механизмы, которые объясняют этот рост. С другой стороны, такой рост может свидетельствовать о том, что мы имеем дело с так называемой темной материей.

Луценко: Добрались-таки до нее ученые!

Стожков: Да, добрались до темной материи. Может быть. Это не окончательный вывод. Третий результат, на мой взгляд, тоже очень интересный. Это обнаружение захваченных антипротонов в области особенностей магнитного поля на нашей планете - в области Бразильской магнитной аномалии. Ну и пожалуй, еще один очень интересный результат - это измерение спектра электронов.

Луценко: Признаюсь, мне совершенно непонятно последнее из того, что вы сказали. Может быть, вы разъясните? Боюсь, что нашим слушателям тоже это может быть неизвестно. Что это значит и что это нам дает, по крайней мере, вам, ученым?

Стожков: Наверное, меньше чем за 2 года перед тем как мы получили результаты по электронам в области больших энергий, появилась большая статья в Nature (это один из самых известных научных журналов), где российско-американская группа, но другой институт, представили данные об электронах, где они обнаружили бамп, или всплеск потока электронов и провозгласили, что они обнаружили темную материю.

Луценко: То есть, исследования на эту тему велись параллельно с вами?

Стожков: Да.

Луценко: Кем?

Стожков: Но они велись на аэростатах.

Луценко: Другим способом?

Стожков: Да. Так вот, данные PAMELA говорят о том, что этого бампа не существует, что там все спокойно. Но зато измерен спектр электронов. Дан показатель этого спектра. Это очень важно для теории происхождения космических лучей, для процессов ускорения частиц, очень больших энергий.

Гальпер: Что важно в этом эксперименте с антипротонами? Теоретически можно было предположить, что есть поиск антипротонов космических лучей в эволюционном поясе.

Луценко: Наука не терпит теорию. Безусловно, для того, чтобы зафиксировать открытие, необходим эксперимент.

Гальпер: Конечно. И нам удалось это сделать. Мы показали, что поток антипротонов в радиационном поясе на три порядка больше, чем поток антипротонов в общем космическом излучении. То есть, они там накапливаются.

Луценко: Если что - можно за ними туда?

Гальпер: Да. Я хочу сказать еще одну очень важную вещь о том, как там возникают антипротоны. Нужно, чтобы было понятно, откуда они там взялись.

Луценко: А откуда? Учитывая то, что они вторичны, значит, там что-то происходит?

Гальпер: Правильно. Первое, они появляются из-за того, что взаимодействуют космические лучи ускоренной большой энергии с верхней атмосферой. Создаются всякие частицы, в том числе и антипротоны, но они не могут войти в магнитное радиационное поле, но зато нейтроны, антинейтроны, которые там возникают, выходят и распадаются на антипротоны и позитроны. Эта часть антипротонов уже как бы внесена в него снаружи.

Во-вторых, что тоже очень интересно, в верхних слоях атмосферы первичные космические лучи создают не только антипротоны, антинейтроны, но и антипротоны сами и некоторая их часть оказывается вблизи радиационного пояса и задерживается в нем. Этот эксперимент очень хорошо подтверждает теорию. А для чего нам все это нужно?

Луценко: По крайней мере, все наши медийные коллеги бросили новую информационную бомбу, чтобы в ученом мире, а также среди журналистов пошла волна. Мы же ищем новые виды топлива.

Гальпер: Да.

Луценко: Потому как скоро на Земле все закончится, и куда мы денемся? И предположительно, открытие антипротонов поможет нам приблизиться к созданию нового топлива для ракет будущего. Мы же все нацелены на космос. Возможно ли это?

Гальпер: Я вижу другую очень полезную вещь. Дело в том, что, если мы подтвердили расчеты, которые проведены были раньше, это означает, что мы хорошо понимаем, из чего состоит радиационный пояс и какой состав он должен иметь. Это очень важно и в практических целях, поскольку космические аппараты… Мы сейчас гуляем в радиационном поясе, любой аппарат проходит через него, когда выходит в межпланетное пространство.

Луценко: И мы не понимаем последствия? Например, разрыв этого пояса.

Гальпер: Да. Прохождение пояса всегда вызывало очень важный технический интерес. Наша аппаратура не только чувствительна к этим частицам, но она устойчиво в этих потоках работает.

Луценко: Только сейчас возможно это изучить?

Гальпер: Нет. Первое открытие в космосе - открытие радиационного пояса. Произошло это уже, по крайней мере, 50 лет назад. С 1958 года, когда наши физики....

Луценко: И вы до сих пор с этим разбираетесь?

Гальпер: Конечно. Это всегда так. Это значит, что с одного уровня мы переходим на другой, более серьезный, более глубокий. В этом смысле это очень важный физический процесс. И то, что он подтвержден в космосе, - это отлично. Но есть и другая вещь.

Я еще раз подчеркиваю, что надо учитывать радиационные последствия, радиационную устойчивость (о чем мы часто говорим) и вот эту часть. Хотя я не думаю, что это будет существенно, но во всяком случае, можно верить и другим предсказаниям, и другим измерениям, и другим расчетам, поскольку теперь мы понимаем, что теория достаточно хорошо считает.

Луценко: А много ли возникает параллельных расчетов и гипотез? Это постоянно изучаемое поле?

Гальпер: Вообще, существует общая программа. Программа исследования радиационного пояса и построение модели радиационного пояса, где учитывается все, что есть - энергия, состав. Это очень важно.

Луценко: На что же ориентироваться тем технологам и изобретателям, которые работают непосредственно с космической индустрией?

Гальпер: Они рассчитывают на те модели, которые им доступны.

Луценко: И в которые они верят?

Гальпер: Это, в значительной мере, всегда вопрос веры. Но сегодня расчеты по радиационному поясу сделаны на достаточно высоком уровне, тем более если мы еще и подтверждаем это. Я хочу немножко сказать о том, что вы говорите насчет того, что мы вышли в радиационный пояс и задумались над тем, нельзя ли получить энергию.

Луценко: Конечно. Давайте говорить о топливе. Мы - страна, которая привыкла торговать именно им.

Гальпер: Да. Могу сразу сказать, что это не очень понятный способ получения энергии в космосе.

Луценко: Я так полагаю, что сначала нужно изобрести тот двигатель, который сможет работать на том топливе, которое возможно получить из этих антипротонов?

Гальпер: Уже были двигатели такого типа, когда позитроны, скажем, объединяются с электронами, они аннигилируют и выделяются гамма-кванты. Можно было создать такой двигатель, который позволял получать...

Лукценко: Чисто гипотетически, можно синтезировать энергию, которую мы можем использовать?

Гальпер: Все как всегда начнется с фантазии. Первый полет на Луну совершил Жюль Верн, а вовсе не американцы. Фантазии бывают разные. А в этом смысле есть фантазии, подкрепленные частично исследованием, в том числе исследованием PAMELA.

Луценко: Спасибо огромное. Я думаю, это прекрасно, что с мечты человеческой и началось освоение космоса, то, о чем мы говорили.

Гальпер: Да.

Луценко: Ваша беседа со мной и нашими слушателями в очередной раз подтверждает, что научные знания - не что иное, как какое-то сито, или решето. С каждым поколением ученых его отверстия, решетка все мельче, мельче и мельче. Может быть, в скором времени мы научимся отсеивать еще что-нибудь более мелкое и более экзотичное и в космосе в том числе.

Я искренне вам благодарна за то, что вы пришли и желаю удачи вам. Кстати, напоследок скажите пару слов, когда планируете завершать PAMELA и планируете ли вообще?

Гальпер: Ситуация сейчас такая. Спутник был рассчитан на три года работы. Спутник, на котором мы летаем, "Ресурс-ДК1", был создан на самарском космическом предприятии. Он предназначен для фотографирования с высоким разрешением поверхности Земли. На нем одновременно была установлена научная аппаратура PAMELA, которая смотрит в зенит, а сам спутник своим основным прибором смотрит в Землю.

Мы очень хорошо сотрудничаем. Мы все время работаем параллельно, не мешая друг другу. Сегодня мы работаем за пределами технических возможностей, гарантированного срока. Я думаю, что еще год-полтора мы можем работать. Конечно, в этом случае появляются дополнительные сложности в управлении приборами.

Луценко: За это время вы еще что-нибудь изобретете, я не сомневаюсь.

Гальпер: Сейчас мы находимся в максимуме солнечной активности, но Солнце ведет себя не так, как все ожидали, кроме Юрия Ивановича. Он вам может сказать, что он предсказывал, что Солнце будет вести себя не так, как сейчас оно себя ведет. Этот солнечный максимум не похож на максимум, мягко скажем. Но наш прибор отлично приспособлен для регистрации солнечных вспышек.

Луценко: Очень не хочется, но придется прервать эту интересную беседу, потому как время в нашем эфире ограничено. Напоследок я, конечно же, напомню вам, с кем имела честь разговаривать о материи и антиматерии.

Итак, у нас в гостях был профессор, доктор физико-математических наук, руководитель проекта PAMELA с российской стороны Аркадий Гальпер, а также профессор, доктор физико-математических наук, человек, который принимает непосредственное участие в этом проекте, Юрий Иванович Стожков. До свидания.