Międzynarodowy zespół prowadzący badania przy pomocy detektora Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) ogłosił 3 kwietnia 2013 roku pierwsze wyniki dotyczące poszukiwania ciemnej materii. Donoszą one o obserwacji nadwyżki pozytonów w strumieniu promieniowania kosmicznego.
Instrument AMS jest zainstalowany na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) od czasu misji STS-134 (maj 2011). Wyniki AMS oparte są na około 25 miliardach zdarzeń zarejestrowanych w okresie półtora roku, wśród których zaobserwowano 400000 pozytonów o energiach pomiędzy 0.5 GeV a 350 GeV. To największa ilość antymaterii kiedykolwiek zaobserwowana w kosmosie.
Najważniejszym wynikiem jest wzrost zarejestrowanego udziału pozytonów pomiędzy 10 GeV a 250 GeV. Równocześnie dane nie wskazują na jakikolwiek wyróżniony kierunek z którego przylatują, czy też zmiany w czasie. Obserwacje te są zgodne z hipotezą o pochodzeniu kosmicznych pozytonów z anihilacji ciemnej materii, jednak nie wystarczają do wykluczenia innych scenariuszy.
„Będąc najdokładniejszym jak dotąd pomiarem strumienia pozytonów w promieniowaniu kosmicznym, wyniki jednoznacznie świadczą o możliwościach detektora AMS,” powiedział lider AMS Samuel Ting. „W ciągu najbliższych miesięcy AMS da nam ostateczną odpowiedz na pytanie czy pozytrony potwierdzają istnienie ciemnej materii, czy też pochodzą z innego źródła.”
{module [346]}
Promieniowanie kosmiczne to naładowane, wysokoenergetyczne cząstki przemierzające przestrzeń kosmiczną. Eksperyment AMS, umieszczony na ISS, został zaprojektowany tak, by badać promieniowanie kosmiczne zanim bez wpływu ziemskiej atmosfery. Nadwyżka pozytonów w promieniowaniu kosmicznym została po raz pierwszy zaobserwowana około 20 lat temu, jednak ich pochodzenie nadal pozostaje niewyjaśnione. Możliwe wytłumaczenie daje nam tzw. teoria supersymetryczna, przewidując, że pozytrony powstają podczas zderzenia i anihilacji dwóch cząstek ciemnej materii. Zakładając izotropowy rozkład ciemnej materii w kosmosie, teoria ta tłumaczyłaby obserwację dokonaną przez AMS. Niemniej, dotychczasowa obserwacja nie może wykluczyć innego wytłumaczenia, że pozytony pochodzą z pulsarów rozrzuconych wokół płaszczyzny galaktyki. Teorie supersymetryczne dodatkowo przewidują istnienie górnego obcięcia widma pozytonów związanego z zakresem masy cząstek ciemnej materii. Takie obcięcie nie zostało jak dotąd zaobserwowane. W ciągu nadchodzących lat eksperyment AMS planuje poprawić dokładność swoich pomiarów i wyjaśnić zachowanie się udziału pozytonów w zakresie energii powyżej 250 GeV.
„Stosując precyzyjny przyrząd pomiarowy do zupełnie nowych zjawisk, zwykle otrzymuje się wiele nowych wyników. Wierzymy, że to dopiero początek,” powiedział prof. Ting. „AMS jest pierwszym urządzeniem pomiarowym zdolnym do zmierzenia strumienia pozytonów w kosmosie z dokładnością 1%. Taka dokładność pozwoli nam stwierdzić czy obserwowane pozytony pochodzą od ciemnej materii czy też z pulsarów.”
Ciemna materia stanowi jedną z najważniejszych zagadek współczesnej fizyki. Odpowiadająca za ponad czwartą część masy wszechświata, może być obserwowana pośrednio dzięki oddziaływaniu z widzialną materią, ale jak dotąd nie została bezpośrednio wykryta. Poszukiwania ciemnej materii są prowadzone zarówno w kosmosie, jak w przypadku eksperymentu AMS, jak i na Ziemi na Wielkim Zderzaczu Hadronów oraz innych eksperymentach mieszczących się głęboko w podziemnych laboratoriach.
„Wynik ogłoszony przez AMS jest wspaniałym przykładem uzupełniania się eksperymentów na Ziemi i w kosmosie,” powiedział dyrektor naczelny CERN Rolf Heuer. „Myślę, że dzięki takiej współpracy możemy się spodziewać rozwiązania zagadki ciemnej materii w ciągu następnych kilku lat.”
Redakcja serwis Kosmonauta.net serdecznie dziękuje Panu Dr Pawłowi Brückman de Renstrom z IFJ PAN za przesłany tekst.
{youtube}vjhMZpyXxnE{/youtube}
Instalacja AMS na pokładzie ISS – 19.05.2011, misja STS-134 / Credits – ams02tv
W sierpniu 2012 roku informowaliśmy o wstępnym statusie prac instrumentu AMS.
{module [346]}
