AMS-02 wykrył nieznane źródło pozytonów

1

Instrument AMS-02 zainstalowany na ISS wykrył nadmiar pozytronów względem teoretycznych modeli. Pozytony mogą pochodzić od ciemnej materii.

W maju 2011 roku prom Endeavour podczas ostatniej wyprawy na orbitę (STS-134) wyniósł instrument naukowy Alpha Magnetic Spectrometer – 02 (AMS-02). Jest to duży detektor kosmicznego promieniowania, który został zainstalowany na kratownicy Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS). AMS-02 jest jednym z najważniejszych instrumentów badawczych, który może przyczynić się do lepszego zrozumienia budowy i ewolucji Wszechświata.

Jeszcze w trakcie trwania misji STS-134 AMS-02 rozpoczął detekcję promieni kosmicznych. Od tego czasu AMS-02 wykrył ponad 41 miliardów różnego rodzaju promieni kosmicznych. Wśród nich naukowcy wykryli 10 milionów elektronów i pozytronów, czyli antyelektronów z odwrotnym (dodatnim) ładunkiem. AMS-02 jest w stanie wykrywać elektrony i pozytony o energiach od 0,5 do 500 GeV.

Wykrytych pozytronów okazuje się być zbyt dużo, by wyjaśnić ich pochodzenie od znanych zjawisk we Wszechświecie. Pewna część wykrytych pozytronów zdaje się pochodzić od nieznanego wcześniej źródła. Naukowcy uważają, że te pozytony mogą pochodzić od ciemnej materii.

Ciemna materia to „egzotyczna” forma materii, która zdaje się nie emitować promieniowania elektromagnetycznego. Różne dane, modele oraz obserwacje sugerują, że Wszechświat składa się w 85% z ciemnej materii oraz tzw. ciemnej energii. Dotychczas wydawało się, że ta forma materii może być wykrywana jedynie wskutek efektów grawitacyjnych wywoływanych na „zwyczajną” materię (np. galaktyki czy gromady galaktyk). Jest jednak możliwe, że ciemna materia nie jest wcale taka ciemna, a AMS-02 odkrył jej ślady.

Bardziej precyzyjnie, instrument AMS-02 pozwala na wyliczenie stosunku pozytronów do pozytonów i elektronów razem wziętych. W pomiarach wykryto nadmiar tego stosunku na niskich energiach (około 8 GeV), co sugeruje inne niż dotychczas znane źródła pozytonów. Kolejny nadmiar zarejestrowano w zakresie od 243 do 307 GeV z maksimum około 275 GeV.

Jeśli się okaże, że AMS-02 rzeczywiście wykrył pozytrony pochodzące od ciemnej materii, wówczas może to oznaczać, że przynajmniej częściowo ten rodzaj materii składa się z nieznanej cząstki. Ta cząstka miałaby masę około 1 TeV, około 1000 razy większej od masy protonu. Same pozytony zaś mogą pochodzić od interakcji tej ciemnej materii ze sobą, np. gwałtownych zderzeń.

Jest także możliwe, że zaobserwowane pozytony pochodzą od nieznanych procesów zachodzących u „zwykłej materii”, np. u pulsarów. Kolejne pomiary AMS-02 powinny przynieść odpowiedź na to pytanie, m.in. poprzez detekcję cięższych protonów i antyprotonów.

Badania zostały wykonane przez zespół naukowców pod przewodnictwem Paolo Zucconiego z amerykańskiej uczelni Massachusets Institute of Technology (MIT). Ich trzy publikacje naukowe na ten temat ukazały się na łamach czasopisma Physical Review Letters.

(MIT)

Przekaż dalej

1 komentarz