Międzynarodowy zespół prowadzący badania przy pomocy detektora Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) ogłosił 3.03.13 pierwsze wyniki dotyczące poszukiwania ciemnej materii.
Wyniki przedstawione na seminarium w CERN przez koordynatora zespołu AMS, prof. Samuela Tinga, będą niebawem opublikowane w Physical Review Letters. Donoszą o obserwacji nadwyżki pozytonów w strumieniu promieniowania kosmicznego.
Wyniki AMS powstały dzięki rejestrowaniu przez półtora roku około 25 miliardów zderzeń, wśród których zaobserwowano 400 000 pozytonów o energiach pomiędzy 0.5 GeV a 350 GeV. To największa ilość antymaterii, jaką kiedykolwiek zaobserwowano w kosmosie.
Zarejestrowano wzrost 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.
„Wyniki najdokładniejszego, jak dotąd, pomiaru strumienia pozytonów w promieniowaniu kosmicznym jednoznacznie świadczą o możliwościach detektora AMS - powiedział lider AMS Samuel Ting. - W ciągu najbliższych miesięcy AMS da nam ostateczną odpowiedź na pytanie, czy pozytony potwierdzają istnienie ciemnej materii, czy też pochodzą z innego źródła”.
Promieniowanie kosmiczne to naładowane wysokoenergetyczne cząstki przemierzające przestrzeń kosmiczną. Eksperyment AMS przeprowadzany na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej został zaprojektowany tak, aby badać promieniowanie kosmiczne zanim ono zacznie oddziaływać z atmosferą ziemską.
Nadwyżka pozytonów w promieniowaniu kosmicznym została po raz pierwszy zaobserwowana około 20 lat temu. Jednak ich pochodzenie nadal pozostaje niewyjaśnione. Możliwe wytłumaczenie daje tzw. teoria supersymetryczna, w której przyjmuje się, że pozytony powstają podczas zderzenia i anihilacji dwóch cząstek ciemnej materii.
Przy założeniu izotropowego rozkładu 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 twórcy eksperymentu AMS planują poprawić dokładność pomiarów i wyjaśnić zachowanie się udziału pozytonów w zakresie energii powyżej 250 GeV.
„Stosując precyzyjny przyrząd pomiarowy do mierzenia 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 w Wielkim Zderzaczu Hadronów oraz innych eksperymentach [przeprowadzanych w podziemnych laboratoriach.
„Wynik osiągnięty 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 kilku lat”.
tłum. Paweł Brückman de Renstrom