Gdzieś daleko we wszechświecie gwiazda pęka i zaczyna się kaskada.
Energia i małe cząsteczki materii pędzą w każdym kierunku od kwitnącej supernowej. Wpływają na planety i inne gwiazdy i uderzają w media międzygwiezdne, a niewielka ich część dociera do Ziemi.
Są to pierwotne promienie kosmiczne, wiązki światła i widmowe cząstki subatomowe zwane neutrinami, które naukowcy wykrywają za pomocą drobnych teleskopów i dziwnego, wciąż wykrywacza zakopanego pod lodem Bieguna Południowego. Przybywają potokiem ze wszystkich stron jednocześnie, gdy gwiazdy umierają w całym wszechświecie.
Ale to nie są jedyne promienie kosmiczne. Jest inny typ, trudniejszy do wykrycia i tajemniczy.
Kiedy pierwotne promienie kosmiczne zderzają się z mediami międzygwiezdnymi - nieznanymi, niewidzialnymi rzeczami między gwiazdami - media te ożywają, wysyłając własne strumienie naładowanych cząstek w przestrzeń kosmiczną, powiedział Samuel Ting, profesor fizyki w Massachusetts Institute of Technology, który wygrał Nagroda Nobla w 1976 r. za odkrycie pierwszej dziwnej nowej klasy cząstek złożonych zarówno z materii, jak i kwarków z antymaterii.
W nowym artykule opublikowanym 11 stycznia w czasopiśmie Physical Review Letters Ting i jego koledzy dalej przedstawiają, czym są te cząsteczki i jak się zachowują. W szczególności naukowcy opisali ładunki i widma cząstek jądra litu, berylu i boru, które uderzają w ziemską atmosferę - w oparciu o wcześniejsze wyniki opisujące ładunki i widma promieni helu, węgla i tlenu.
„Aby je przestudiować, musisz umieścić urządzenie magnetyczne w kosmosie, ponieważ na ziemi naładowane promienie kosmiczne są absorbowane przez 100 kilometrów atmosfery”, powiedział Ting dla Live Science.
Rezultaty tego artykułu są zwieńczeniem ponad dwudziestoletniej pracy, datowanej na spotkanie w maju 1994 r., Kiedy Ting i kilku innych fizyków udali się do Daniela Goldina, wówczas administratora NASA. Cel: przekonanie Goldina do umieszczenia magnesu na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS), która rozpocznie budowę cztery lata później, w 1998 r. Bez magnesu cząstki kosmiczne po prostu przejdą przez dowolne detektory w linii prostej, nie dając informacje o ich właściwościach, powiedział Ting.
Goldin „słuchał uważnie” - powiedział Ting. „Powiedział, że to dobry pomysł na eksperyment dla stacji kosmicznej. Ale nikt nigdy nie umieścił magnesu w kosmosie, ponieważ magnes w kosmosie - ponieważ oddziałuje z ziemskim polem magnetycznym - wytworzy moment obrotowy, a stacja kosmiczna straci kontrolę Jest jak kompas magnetyczny. ”
Aby uniknąć wykręcania ISS z nieba, Ting i jego współpracownicy zbudowali spektrometr magnetyczny alfa (AMS): detektor cząstek tak dokładny jak w Fermilab i CERN, ale zminiaturyzowany i umieszczony w pustej rurce magnetycznej. Krytycznie obie połówki tuby mają odwróconą biegunowość, więc dokręcają stację kosmiczną w przeciwnych kierunkach, znosząc się nawzajem, powiedział Ting.
W 2011 r. AMS jechał w kosmos na promie kosmicznym Endeavour, przedostatniej misji tego statku. Przez większą część ostatniej dekady AMS po cichu wykrył 100 miliardów promieni kosmicznych.
Ostatecznie Ting i jego zespół mają nadzieję wykorzystać te dane, aby odpowiedzieć na bardzo szczegółowe pytania dotyczące wszechświata, powiedział. (Chociaż może również odpowiadać na bardziej przyziemne pytania, takie jak to, jakie cząstki mogą obalić astronautów w drodze na Marsa).
„Ludzie mówią:„ media międzygwiezdne ”. Co to są media międzygwiezdne? Jaka jest własność? Nikt tak naprawdę nie wie - powiedział Ting. „Dziewięćdziesiąt procent materii we wszechświecie nie możesz zobaczyć. Dlatego nazywasz ją ciemną materią. A pytanie brzmi: czym jest ciemna materia? Teraz, aby to zrobić, musisz bardzo dokładnie zmierzyć pozytony, antyprotony, anty - hel i wszystkie te rzeczy. ”
Ting powiedział, że poprzez staranne pomiary materii i antymaterii przybywających do wtórnych promieni kosmicznych, ma nadzieję zaoferować teoretykom narzędzia potrzebne do opisania niewidzialnej materii we wszechświecie - i poprzez ten opis dowiedzieć się, dlaczego wszechświat składa się z materii wszystko, a nie antymateria. Wielu fizyków, w tym Ting, uważa, że ciemna materia może być kluczem do rozwiązania tego problemu.
„Na początku musi istnieć taka sama ilość materii i antymaterii. A zatem pytania: dlaczego wszechświat nie jest zrobiony z antymaterii? Co się stało? Czy jest anty-hel? Anty-węgiel? Anty-tlen? Gdzie czy oni są?"
Live Science skontaktowało się z wieloma teoretykami zajmującymi się ciemną materią, aby omówić pracę Tinga i ten artykuł, i wielu ostrzegło, że wyniki AMS nie rzuciły jeszcze dużo światła na ten temat - głównie dlatego, że instrument musi jeszcze dokonać dokładnych pomiarów lotów kosmicznych antymateria (choć było kilka obiecujących wczesnych wyników).
„Sposób, w jaki promienie kosmiczne tworzą się i rozprzestrzeniają, jest fascynującym i ważnym problemem, który może pomóc nam zrozumieć ośrodek międzygwiezdny i potencjalnie nawet wysokoenergetyczne wybuchy w innych galaktykach” - napisała w e-mailu Katie Mack, astrofizyk z North Carolina State University. że AMS jest kluczową częścią tego projektu.
Możliwe, że AMS ujawni bardziej znaczące, zweryfikowane wyniki antymaterii, powiedział Mack, lub że wykrycia materii - takie jak te opisane w tym artykule - pomogą naukowcom odpowiedzieć na pytania dotyczące ciemnej materii. Ale to się jeszcze nie wydarzyło. „Ale w poszukiwaniu ciemnej materii”, powiedziała Live Science, „najważniejsze jest to, co eksperyment może nam powiedzieć o antymaterii, ponieważ ciemna materia ulega anihilacji w pary materii i antymaterii, czyli szukany kluczowy sygnał ”.
Ting powiedział, że projekt się tam rozwija.
„Mierzymy pozytony. A widmo wygląda bardzo podobnie do teoretycznego spektrum ciemnej materii. Potrzebujemy jednak więcej statystyk, aby potwierdzić, a wskaźnik jest bardzo niski. Musimy tylko poczekać kilka lat”, powiedział Ting.
