Где-то далеко во вселенной вспыхивает звезда и начинается каскад.
Энергия и маленькие частицы материи уходят во всех направлениях от цветущей сверхновой. Они воздействуют на планеты и другие звезды и врезаются в межзвездные среды, и небольшая их часть достигает Земли.
Это первичные космические лучи, лучи света и призрачные субатомные частицы, называемые нейтрино, которые ученые обнаруживают с помощью прекрасных телескопов и странного, все еще детектора, похороненного под льдом Южного полюса. Они приходят в потоке со всех сторон одновременно, так как звезды умирают по всей вселенной.
Но они не единственные космические лучи. Есть другой тип, более сложный для обнаружения и загадочный.
Когда первичные космические лучи сталкиваются с межзвездными средами - неизвестным, невидимым веществом между звездами - эти среды оживают, отправляя свои собственные потоки заряженных частиц в космос, сказал Сэмюэль Тинг, профессор физики в Массачусетском технологическом институте, который выиграл Нобелевская премия 1976 года за открытие первого странного нового класса частиц, состоящих из кварков материи и антивещества.
А в новой статье, опубликованной 11 января в журнале Physical Review Letters, Тинг и его коллеги еще более подробно рассмотрели, что это за частицы и как они себя ведут. В частности, исследователи описали заряды и спектры частиц ядер лития, бериллия и бора, которые врезаются в атмосферу Земли, основываясь на более ранних результатах, описывающих заряды и спектры лучей гелия, углерода и кислорода.
«Чтобы изучить их, вам нужно поместить в космос магнитное устройство, потому что на земле заряженные космические лучи поглощаются 100 километрами атмосферы», - сказал Тинг в интервью Live Science.
Результаты этой работы стали кульминацией более чем двух десятилетий работы, начавшейся со встречи в мае 1994 года, когда Тинг и несколько других физиков отправились навестить Даниэля Голдина, который был администратором НАСА. Цель: убедить Голдина положить магнит на Международную космическую станцию (МКС), которая должна была начать строительство через четыре года, в 1998 году. Без магнита космические частицы просто проходили бы через любые детекторы по прямой линии, не давая Информация об их свойствах, сказал Тинг.
Голдин "внимательно слушал", сказала Тин. «Он сказал, что это хорошая экспериментальная идея для космической станции. Но никто никогда не помещал магнит в космос, потому что магнит в космосе - потому что он взаимодействует с магнитным полем Земли - создаст крутящий момент, и космическая станция потеряет контроль Это похоже на магнитный компас. "
Чтобы избежать скручивания МКС с неба, Тинг и его сотрудники создали альфа-магнитный спектрометр (AMS): детектор частиц, такой же точный, как в Фермилаб и ЦЕРН, но миниатюрный и помещенный в полую магнитную трубку. Важно отметить, что две половины трубки имеют противоположную полярность, поэтому они вращают космическую станцию в противоположных направлениях, перекрывая друг друга, сказал Тинг.
В 2011 году AMS отправился в космос на космическом шаттле Endeavour, второй до последней миссии этого корабля. И в течение большей части последнего десятилетия AMS молча обнаружила 100 миллиардов космических лучей.
В конечном счете, Тинг и его команда надеются использовать эти данные для ответа на очень конкретные вопросы о вселенной, сказал он. (Хотя это может также ответить на более приземленные вопросы, например, какие частицы могут сбить астронавтов по пути на Марс.)
«Люди говорят:« межзвездные СМИ ». Что такое межзвездные СМИ? Что такое собственность? Никто на самом деле не знает», - сказал Тинг. «Девяносто процентов материи во вселенной вы не можете видеть. И, следовательно, вы называете это темной материей. И вопрос в том, что такое темная материя? Теперь, чтобы сделать это, вам нужно очень точно измерить позитроны, антипротоны, антипротоны. -гелий, и все эти вещи. "
Тинг сказал, что благодаря тщательным измерениям материи и антивещества, попадающих во вторичные космические лучи, он надеется предложить теоретикам инструменты, необходимые для описания невидимой материи во вселенной - и с помощью этого описания выяснить, почему вселенная сделана из материи в все, а не антивещество. Многие физики, в том числе Тин, считают, что темная материя может стать ключом к решению этой проблемы.
«В начале должно быть равное количество вещества и антивещества. Итак, вопросы: почему Вселенная не состоит из антивещества? Что случилось? Есть ли антигелий? Антиуглерод? Анти-кислород? Где они?"
Живая Наука обратилась ко многим теоретикам, работающим над темной материей, чтобы обсудить работу Тинга и этот документ, и многие предупредили, что результаты AMS еще не пролили много света на эту тему - в основном потому, что инструмент еще не провел точные измерения космического полета антивещество (хотя было несколько многообещающих ранних результатов).
«Как космические лучи образуются и распространяются - это интересная и важная проблема, которая может помочь нам понять межзвездную среду и, возможно, даже взрывы высоких энергий в других галактиках», - написала в электронном письме астрофизик из Университета штата Северная Каролина Кэти Мак, добавив, что что AMS является важной частью этого проекта.
Возможно, что AMS покажет более значимые, проверенные результаты антивещества, или обнаружение материи - как те, что описаны в этой статье - поможет исследователям ответить на вопросы о темной материи. Но этого еще не произошло. «Но для поиска темной материи», сказала она «Живой науке», «самое важное то, что эксперимент может сказать нам об антивеществе, потому что темная материя аннигилирует в пары материя-антивещество, что является ключевой сигнал разыскивается ".
Тинг сказал, что проект становится там.
«Мы измеряем позитроны. И спектр очень похож на теоретический спектр темной материи. Но нам нужно больше статистики для подтверждения, и скорость очень низкая. Поэтому нам просто нужно подождать несколько лет», - сказал Тинг.
