Проблема зберігання енергії стосується не тільки антиматерії. Ми знаємо, як зберігати нафту і газ. Але зараз по всьому світу йде активний розвиток альтернативної енергетики, вивчаються можливості використання сонячних батарей і вітрогенераторів. Електрика, вироблене цими джерелами енергії, вже використовується, хоча, звичайно, до освітлення і опалювання будинків тільки за допомогою енергії сонця, сили вітру і антиматерії ще дуже далеко.
Але енергетичні комплекси для вироблення енергії з альтернативних джерел вже є - наприклад, вони працюють в невеликих ізольованих селищах в різних країнах світу. Якщо тягнути на сотні кілометрів лінії від електростанції, втрати виявляться невиправдано великими. Тому в таких куточках активно будують сонячні і вітряні електростанції.
У США вартість кіловата в регіонах з великою кількістю сонця складає сім центів. Звичайно, на півдні ефективність сонячних батарей завжди буде вище. У деяких регіонах такі установки вибирають, керуючись турботою про навколишнє середовище. Іноді сонце і вітер використовують у взаємодії з електромережею.
Теоретично ефективність перетворення сонячної енергії може досягати 86% (антиматерії - 100%). Правда, ККД нинішніх сонячних батарей в масовому виробництві становить всього 18%, але це все одно вигідно. А яку вигоду може дати використання антиматерії?
Століття нафти закінчиться не через дефіциту нафти, а через те, що з'являються нові технології, однією з яких може стати антиматерія. На сьогоднішній день спосіб перетворення сонячної енергії вже досяг рівня, коли він починає конкурувати з наявними старими джерелами електроенергії, включаючи АЕС
Не так давно було запропоновано вирішення проблеми зберігання енергії, виробленої сонячною батареєю. Американський винахідник Ілон Маск представив літій-іонні акумулятори. Можливо, цей винахід змінить розклад сил у світовій енергетиці.
А що ж з антиматерією, яка безумовно може бути більш ефективна, ніж сонце і вітер? Вирішення питання зберігання речовини, яке руйнує все, запропонував Бруно Тушок, австрійський фізик, який займався фізикою прискорювачів і створив перший в світі електрон-позитронний колайдер. У його колайдері пучки частинок і античастинок обертаються в одному і тому ж кільці назустріч один одному, стикаючись в двох точках, де детектори реєструють результат взаємодії. Оскільки антиматерія зруйнує будь-який матеріальний предмет, її слід тримати в клітці, яка не має стін. Рішення - вакуум, який краще відкритого космосу з магнітними і електричними полями. У ньому повинні бути укладені античастинки, позитрони або антипротона, як циркулюють пучки.
Цей ефект був досягнутий в лабораторіях, що займаються фізикою частинок, наприклад в ЦЕРН, де використовувалося кільце магнітів протяжністю 27 кілометрів, де протягом багатьох тижнів пучки позитронів направляли крізь вакуумну трубку. Ці позитрони рухалися зі швидкістю світла і жили стільки часу, скільки часу не торкалися стінок трубки завдяки підживлює магніти електрики або поки не стикалися з випадковими атомами газу всередині трубки.
Про це експерименті ми поговоримо нижче, а зараз нас цікавить, як зберігати антиматерію, як її транспортувати і використовувати в реальності. Безумовно, непрактично будувати 27-кілометрові кола магнітів і тим більше перевозити їх з місця на місце. І в цьому немає необхідності. Величезне кільце було вершиною наукових досягнень, розроблене спеціально для виробництва і управління пучками антиматерії, на швидкості, максимально наближеною до природного межі швидкості - 300 000 кілометрів на секунду. Але початкова ідея і технологія з'явилися набагато раніше споруди кільця магнітів, в 1960 році, і належить до згаданого Бруно тушок. Хоча в той час ні він сам, ні хтось інший не могли передбачити, що це може бути вирішенням питання зберігання антиматерії.
Потім пішли експерименти американського фізика Ернеста Орландо Лоуренса (1901-1958), який висунув ідею і побудував циклотрон - перший в світі циклічний прискорювач - прискорювач протонів, в якому частота прискорювального електричного поля і магнітне поле постійні в часі, а частинки рухаються по плоскій розгортається спіралі . Лоуренс запропонував багаторазове проходження частинками прискорює зазору з відносно невеликим напругою. Для замикання орбіти використовувалося постійне магнітне поле, для прискорення частинок - локалізоване високочастотне електричне поле з амплітудою в декілька кіловольт. Для нерелятівістскіх частинок частота звернення не залежить від швидкості, тому частка, багаторазово проходячи через прискорює зазор і збільшуючи свою швидкість і радіус обертання, все одно приходить в прискорює зазор в потрібній фазі з електричним полем. За це Лоуренс був удостоєний Нобелівської премії в 1939 році (а патент отримав ще в 1934 році). Взагалі він побудував кілька циклотронів, кожен раз удосконалюючи попередній. Лоуренс залишив після себе обов'язки по ядерній фізиці, її застосуванні в біології та медицині і був учасником створення атомної бомби. Можна сказати, що завдяки циклотрон Лоуренса з'явилася сучасна фізика високих енергій.
Для нас найцікавішою є ідея Відерое, що стосується частинок, які йдуть в протилежних напрямках по одній і тій же орбіті. Він хотів збирати і зіштовхувати такі частинки, але отримав відмову, коли звернувся за патентом через те, що хотів займатися «очевидним». Минуло п'ятнадцять років, і цим же почали займатися інші.
Якщо ви вистрілите двома частками один в одного, ймовірність зіткнення буде нижче їх розбіжності. Однак якщо ви заробите багато таких частинок, а потім вистрілите двома потужними пучками один в одного, то розумно припускати, що частинки з двох протилежних пучків зустрінуться один з одним в одному місці і в один і той же мить.
Вперше цю «очевидну» ідею застосували в 1959 році - американці використовували магніти для направлення електронів по двом кільцям. В одному кільці магнітні поля направляли електрони за годинниковою стрілкою, а в іншому поля змінювали, щоб електрони йшли проти годинникової стрілки.
Дізнавшись про ці експерименти, Тушок згадав про бесіди з Відерое, і його осінила власна ідея. У позитронів така ж маса, як у електронів, але протилежний знак електричного заряду, так що магнітне поле, яке спрямовує електрони, наприклад, направо, буде відправляти позитрони наліво. Замість двох наборів магнітів, що направляють електрони в протилежних напрямках, чому б не взяти один набір магнітів, який направить електрони в одну сторону, а позитрони в іншу? За умови, що у двох пучків одна і та ж енергія, вони підуть однаковими шляхами, але обертання буде йти в протилежних напрямках.
У колайдері ADA пучки частинок і античастинок оберталися в одному і тому ж кільці назустріч один одному, стикаючись в двох точках, де детектори реєструють результат взаємодії. Вчені змогли успішно зберігати і електрони, і позитрони, і це стало першим в історії приборканням античастинок
В результаті Тушок з колегами спроектував і побудував коллайдер з накопичувальним кільцем в лабораторії Фраскаті під Римом. Його назвали ADA - скорочення від італійського Anello d'Accumulazione, «накопичувальне кільце».
Потім машину перевезли в лабораторію Орсе під Парижем, де була можливість використовувати більш потужні електронні промені. І саме там в 1963 році успішно зберегли потужні пучки позитронів і пропустили їх крізь пучки електронів. Час від часу окремі електрони і позитрони в пучках стикалися, і в результаті цього миттєво відбувалася анігіляція пари і спалах. З'являвся вибір: якщо хочете, можна зберігати античастинки, а можете змушувати їх стикатися, в результаті чого вони будуть знищені.
Протягом наступних тридцяти років вчені будували накопичувальні кільця для зберігання електронів і позитронів все більшого і більшого розміру, пучки мали все більш і більш високу енергію. Їх зіштовхували один з одним, відбувалася анігіляція, і в процесі експериментів вчені зрозуміли, що це відмінний спосіб дізнатися про походження і природу матерії. Кілька проривів привели до вручення Нобелівських премій.