Десь далеко у Всесвіті вибухнула зірка і починається каскад.
Енергія та невеликі шматочки речовини швидко відходять від квітучої наднової в усіх напрямках. Вони впливають на планети та інші зірки та врізаються в міжзоряні середовища, а деяка невелика їх частина досягає Землі.
Це первинні космічні промені, світлові промені та примарні субатомні частинки, які називаються нейтрино, які вчені виявляють за допомогою тонких телескопів та дивного нерухомого детектора, закопаного під льодом Південного полюса. Вони прибувають по потоку з усіх боків одразу, як зірки гинуть по всьому Всесвіту.
Але вони не єдині космічні промені. Є ще один тип, більш важкий для виявлення та загадковий.
Коли первинні космічні промені стикаються з міжзоряними середовищами - невідомими, незримими речовинами між зірками - ці носії оживають, посилаючи власні потоки заряджених частинок у космос, - сказав Самуель Тінг, професор фізики Массачусетського технологічного інституту, який переміг Нобелівську премію в 1976 р. за виявлення першого дивного нового класу частинок, складеного як речовиною, так і антиматеріальними кварками.
А в новому документі, опублікованому 11 січня в журналі Physical Review Letters, Тінг та його колеги далі чітко описували, що таке частинки та як вони поводяться. Зокрема, дослідники описали заряди та спектри частинок ядер літію, берилію та бору, які потрапляють в атмосферу Землі, спираючись на більш ранні результати, що описують заряди та спектри гелієвих, вуглецевих та кисневих променів.
"Щоб вивчити їх, вам потрібно помістити магнітний пристрій у космос, оскільки на землі заряджені космічні промені поглинаються 100 кілометрами атмосфери", - сказав Тінг Live Science.
Результати цього документу є кульмінацією більш ніж двох десятиліть роботи, що відбулася на зустрічі у травні 1994 року, коли Тінг та кілька інших фізиків відвідали Даніеля Голдіна, тоді адміністратора NASA. Мета: переконати Голдіна покласти магніт на Міжнародну космічну станцію (МКС), яка розпочнеться будівництво через чотири роки, у 1998 році. Без магніту космічні частинки просто проходили б через будь-які детектори по прямій лінії, не даючи ні інформація про їх властивості, сказав Тінг.
Голдін "уважно слухав", - сказав Тінг. "Він сказав, що це гарна ідея експерименту для космічної станції. Але ніхто ніколи не вводив магніт у космос, тому що магніт у космосі - тому що він взаємодіє з магнітним полем Землі - буде створювати крутний момент, і космічна станція втратить контроль . Це просто як магнітний компас ".
Щоб уникнути скручування МКС з неба, Тінг та його співробітники побудували Альфа-магнітний спектрометр (AMS): детектор частинок настільки точний, як у Фермілаб та ЦЕРН, але мініатюризований та розміщений всередині порожнистої магнітної трубки. Критично, що дві половини трубки мають зворотну полярність, тому вони обертають космічну станцію в протилежні сторони, відміняючи одна одну, сказав Тінг.
У 2011 році AMS їхала в космос на космічному човні Endeavour, другою за останнім завданням цього корабля. І протягом більшої частини останнього десятиліття AMS мовчки виявила 100 мільярдів космічних променів.
Зрештою, Тінг та його команда сподіваються використовувати ці дані для відповіді на дуже конкретні запитання про всесвіт, сказав він. (Хоча це також може відповісти на більш звичні запитання, як, наприклад, які частинки можуть розчавити космонавтів на шляху до Марса.)
"Люди кажуть:" міжзоряні ЗМІ ". Що таке міжзоряні ЗМІ? Яка власність? Ніхто насправді не знає", - сказав Тінг. "Дев'яносто відсотків речовини у Всесвіті ви не бачите. І, отже, ви називаєте це темною речовиною. І питання: Що таке темна матерія? Тепер для цього потрібно дуже точно виміряти позитрони, антипротони, анти -гелій, і всі ці речі ".
Тінг сказав, що завдяки ретельним вимірюванням речовини та антиматерії, що надходять у вторинні космічні промені, він сподівається запропонувати теоретикам інструменти, необхідні для опису невидимої речовини у Всесвіті - і за допомогою цього опису з'ясувати, чому Всесвіт складається з матерії у все, а не антиматерія. Багато фізиків, включаючи Тінг, вважають, що темна матерія може стати ключовим для вирішення цієї проблеми.
"На початку повинно бути однакова кількість речовини та антиматерії. Отже, питання: Чому Всесвіт не створений з антиматерії? Що сталося? Чи є антигелій? Антивуглець? Антикисень? Де чи вони?"
Live Science звернулася до ряду теоретиків, які працюють над темною речовиною, щоб обговорити роботу Тінга та цього документу, і багато хто застерігав, що результати AMS ще не пролили багато світла на цю тему - значною мірою тому, що інструмент ще не повинен зробити чіткі вимірювання космічного польоту антиматерія (хоча було кілька перспективних ранніх результатів).
"Як космічні промені утворюються і поширюються - це захоплююча і важлива проблема, яка може допомогти нам зрозуміти міжзоряне середовище і, можливо, навіть високоенергетичні вибухи в інших галактиках", - написала в електронному листі астрофізик Кеті Мак з Державного університету Північної Кароліни, додаючи що AMS є важливою частиною цього проекту.
Не виключено, що AMS виявить більш значні, перевірені результати антиматерії, сказав Мак, або те, що виявлення матерії - як описано в цьому документі - допоможе дослідникам відповісти на питання щодо темної матерії. Але цього ще не сталося. "Але для пошуку темної матерії, - сказала вона Live Science," найважливіше - те, що експеримент може сказати нам про антиматерію, тому що це темна речовина знищується в пари матерія-антиматерія. ключовий сигнал, який шукається ".
Тінг сказав, що проект туди потрапляє.
"Ми вимірюємо позитрони. І спектр дуже схожий на теоретичний спектр темної матерії. Але нам потрібно більше статистики для підтвердження, і показник дуже низький. Отже, нам просто потрібно почекати кілька років", - сказав Тінг.
