Niekde ďaleko vo vesmíre praskne hviezda a začína kaskáda.
Energia a malé kúsky hmoty sa rýchlo rozprestierajú vo všetkých smeroch od kvitnúcej supernovy. Narážajú na planéty a iné hviezdy, narazia do medzihviezdnych médií a niektoré z nich sa dostanú na Zem.
Sú to primárne kozmické lúče, svetelné lúče a strašidelné subatomárne častice nazývané neutrína, ktoré vedci detekujú pomocou jemných ďalekohľadov a podivný detektor stále pochovaný pod ľadom južného pólu. Prichádzajú v prúde zo všetkých smerov naraz, keď hviezdy zomierajú v celom vesmíre.
Nie sú to však len kozmické lúče. Je tu iný typ, ktorý je ťažšie odhaliteľný a záhadný.
Keď sa primárne kozmické lúče zrazia s medzihviezdnymi médiami - neznámym, nepoužiteľným materiálom medzi hviezdami - že médiá ožívajú a vysielajú svoje vlastné prúdy nabitých častíc do vesmíru, povedal Samuel Ting, profesor fyziky na Massachusetts Institute of Technology, ktorý zvíťazil Nobelova cena v roku 1976 za objavenie prvej z podivných nových tried častíc zložených z kvarkov hmoty a antihmoty.
A v novom článku uverejnenom 11. januára v časopise Physical Review Letters Ting a jeho kolegovia ďalej zmapovali, čo sú tieto častice a ako sa správajú. Vedci konkrétne opísali náboje a spektrá častíc lítia, berýlia a bórových jadier, ktoré buchnú do zemskej atmosféry - stavajúc na predchádzajúcich výsledkoch popisujúcich náboje a spektrá lúčov hélia, uhlíka a kyslíka.
„Aby ste si ich mohli preštudovať, musíte do vesmíru umiestniť magnetické zariadenie, pretože nabité kozmické lúče sú na zemi absorbované 100 kilometrovou atmosférou,“ povedal Ting pre Live Science.
Výsledky tohto dokumentu sú vyvrcholením viac ako dvoch desaťročí práce, ktorá sa datuje na stretnutie v máji 1994, keď Ting a niekoľko ďalších fyzikov navštívili Daniela Goldina, správcu NASA. Cieľ: presvedčiť Goldina, aby umiestnil magnet na Medzinárodnú vesmírnu stanicu (ISS), ktorá by sa mala začať stavať o štyri roky neskôr, v roku 1998. Bez magnetu by kozmické častice prešli cez všetky detektory v priamej línii, čo informácie o ich vlastnostiach, uviedol Ting.
Goldin „pozorne počúval,“ povedal Ting. "Povedal, že je to dobrý experimentálny nápad pre vesmírnu stanicu. Nikto však nikdy nevložil magnet do vesmíru, pretože magnet vo vesmíre - pretože interaguje s magnetickým poľom Zeme - vytvorí krútiaci moment a vesmírna stanica stratí kontrolu." "Je to ako magnetický kompas."
Aby sa vyhlo krúteniu ISS z oblohy, postavil Ting a jeho spolupracovníci Alfa magnetický spektrometer (AMS): detektor častíc tak presný ako u Fermilab a CERN, ale miniaturizovaný a umiestnený vo vnútri dutej magnetickej trubice. Kriticky majú dve polovice trubice obrátenú polaritu, takže krútia vesmírnu stanicu krútiacim momentom v opačných smeroch a navzájom sa rušia, povedal Ting.
V roku 2011 AMS išla na vesmírny raketoplán Endeavour, druhý misiu posledného plavidla. A pre väčšinu z posledného desaťročia AMS ticho zistil 100 miliárd kozmických lúčov.
Nakoniec, Ting a jeho tím dúfajú, že tieto údaje použijú na zodpovedanie veľmi špecifických otázok o vesmíre. (Aj keď môže odpovedať aj na viac svetské otázky, napríklad na to, aké častice môžu astronautov na svojej ceste na Mars preliať.)
„Ľudia hovoria, medzihviezdne médiá. Čo sú medzihviezdne médiá? Čo je to vlastníctvo? Nikto to nevie,“ povedal Ting. „Deväťdesiat percent hmoty vo vesmíre, ktorú nevidíš. A preto ju nazývaš temnou hmotou. A otázka znie: Čo je to temná hmota? Teraz, ak to chceš, musíš zmerať veľmi presne pozitróny, antiprotóny, anti - hélium a všetky tieto veci. “
Ting povedal, že opatrným meraním hmoty a antihmoty prichádzajúcej do sekundárnych kozmických lúčov dúfa, že ponúkne teoretikom nástroje potrebné na popísanie neviditeľnej hmoty vo vesmíre - a týmto opisom príde na to, prečo je vesmír vyrobený z hmoty na všetky a nie antihmota. Mnoho fyzikov, vrátane Ting, verí, že temná hmota by mohla byť kľúčom k vyriešeniu tohto problému.
„Na začiatku musí byť rovnaké množstvo hmoty a antihmoty. Takže, otázky: Prečo nie je vesmír vyrobený z antihmoty? Čo sa stalo? Existujú anti-hélium? Anti-uhlík? Anti-kyslík? Kde sú?"
Živá veda oslovila množstvo teoretikov pracujúcich na temnej hmote, aby prediskutovali Tingovu prácu a tento dokument, a mnohí varovali, že výsledky AMS zatiaľ na túto tému nevysvetľujú veľa - do značnej miery preto, že tento nástroj ešte musí pevne zmerať vesmírnu techniku. antihmota (aj keď bolo niekoľko sľubných skorých výsledkov).
„Ako sa kozmické lúče tvoria a šíria, sú fascinujúcim a dôležitým problémom, ktorý nám môže pomôcť pochopiť medzihviezdne médium a potenciálne dokonca vysokoenergetické explózie v iných galaxiách,“ napísala v e-maile Katie Mack, astrofyzik na Severnej Karolíne State University. že AMS je kritickou súčasťou tohto projektu.
Je možné, že AMS odhalí významnejšie a overené výsledky antihmoty, povedal Mack, alebo že detekcie látok - ako sú tie, ktoré sú opísané v tomto dokumente - pomôžu vedcom odpovedať na otázky týkajúce sa temnej hmoty. Ale to sa ešte nestalo. „Ale pri hľadaní temných látok,“ povedala Live Science, „najdôležitejšie je to, čo nám experiment môže povedať o antihmote, pretože je to ničenie temných látok do párov látka-antihmota, ktoré sú hľadaný kľúčový signál. ““
Ting povedal, že projekt sa tam dostáva.
"Meriame pozitróny. A spektrum vyzerá veľmi podobne ako teoretické spektrum temnej hmoty. Potrebujeme však viac štatistík na potvrdenie a miera je veľmi nízka. Takže musíme čakať niekoľko rokov," povedal Ting.
