AMS reģistrē antimatērijas pārprodukciju
Publicēts: 4.04.2013
AMS eksperiments ir jutīgākais un jaudīgākais daļiņu fizikas spektrometrs, kāds jebkad izvietots kosmosā. Kopš 2011. gada 19. maija tas atrodas ārpus Starptautiskās kosmiskās stacijas un reģistrē kosmisko starojumu. AMS magnēts un daļiņu uztvērēju masīvs savāc un identificē kosmiskos starus. Viena gada laikā iekārta reģistrē aptuveni 16 miljardus kosmisko staru un iegūto informāciju nosūta uz Zemi, kur dati tiek analizēti.
Laika posmā no 2011. gada 19. maija līdz 2012. gada 10 decembrim AMS bija reģistrējis un izanalizējis 25 miljardus primārā kosmiskā starojuma notikumu, no kuriem 6,8 miljoni tika identificēti kā elektroni un to antimatērijas daļiņas - pozitroni, kuru enerģijas diapazons svārstās no 0,5 līdz 350 GeV.
Kosmiskie stari ir lādētas augstas enerģijas daļiņas, kuru izcelsme meklējama Visumā. AMS eksperimenta ietvaros kosmiskais starojums tiek pētīts pirms tas mijiedarbojas ar Zemes atmosfēru.
Antimatērijas pārprodukcija kosmisā starojuma plūsmā pirmo reizi tika reģistrēta pirms aptuveni divām desmitgadēm. Pārpalikuma iemesls līdz šim nav zināms. Viena no iespējām, kuru paredz supersimetrijas teorija, ir, ka pozitroni rodas divu tumšās matērijas daļiņu sadursmes un bojāejas gadījumā.
AMS instrumenti ļāva nepārprotami un precīzi izdalīt elektronus un pozitronus no daudzskaitlīgā protonu fona. Kopumā identificēti 400 000 pozitronu, kas ir lielākais enerģētisko antimatērijas daļiņu skaits, kāds reģistrēts ar kosmosā izvietotas iekārtas palīdzību.
Eksperimenta ietvaros tika noteikta pozitronu frakcija enerģijas diapazonā no 0,5 līdz 350 GeV. No 0,5 līdz 10 GeV ir vērojama pozitronu frakcijas samazināšanās, palielinoties enerģijai. No 10 līdz ~250 GeV frakcija stabili pieauga, lai arī no 20 līdz 250 GeV pieauguma ātrums samazinās. Enerģijas diapazonā virs 250 GeV spektrs izlīdzinās, bet šī diapazona izpētei ir nepieciešams lielāks datu apjoms. Pozitronu frakcija neuzrāda atkarību nedz no struktūras, nedz no laika. Tai nav raksturīga anizotropija, kas nozīmē, ka enerģētiskie pozitroni nav saistāmi ir kādu noteiktu virzienu.
AMS reģistrētā pozitronu frakcija saskan ar agrākajiem novērojumiem, tomēr detalizētāka augstākas enerģijas diapazona izpēte palīdzēs skaidri noteikt, vai AMS dati liecina par tumšās matērijas daļiņu sadursmēm vai arī galaktikas plaknē esošajiem pulsāriem.
Pēdējās desmitgadēs par pozitronu frakciju primārajā kosmiskajā starojumā ir interesējušies gan fiziķi, gan astrofiziķi. Tiek uzskatīts, ka pozitronu un elektronu attiecības izpēte un antimatērijas pārpalikuma analīze varētu ieviest skaidrību tumšās matērijas jautājumā, kas ir viens no lielākajiem izaicinājumiem un noslēpumiem kosmoloģijā. Lai arī šī substance sastāda aptuveni vienu ceturtdaļu no Visuma masas - enerģijas balansa, tā, atšķirībā no redzamās matērijas, nav reģistrēta tiešā veidā.
Supersimetrijas teorija paredz, ka augstākas enerģijas diapazonā virs tumšās matērijas prognozētās masas robežas pozitronu frakcijai vajadzētu ievērojami samazināties, kas gan līdz šim nav novērots. Dati, kurus AMS iegūs turpmāko gadu laikā, palīdzēs noskaidrot pozitronu frakcijas uzvedību enerģijas diapazonā virs 250 GeV.
AMS-02, CERN
Komentāri
