Cząstki antymaterii wykryte na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) mogą stanowić dowód na istnienie nieznanej fizyki, sugerują nowe badania.
Cząstki, wersje antymaterii jąder helu, mogły powstać w wyniku kosmicznych kul ognia, a fizycy nie potrafią wyjaśnić, w jaki sposób te kule ognia powstały, korzystając z Model standardowyteoria opisująca zoo cząstek subatomowych.
Wszystkie cząstki elementarne mają odpowiadające im antycząstki o przeciwnych ładunkach elektrycznych, które unicestwiają się nawzajem w kontakcie. Teoria sugeruje, że połowa materii we wszechświecie powinna być antymaterią, co oznaczałoby, że wszechświat zniszczyłby się wkrótce po Wielkim Wybuchu.
Jednak antymateria we wszechświecie jest rzadka i ulotna. Podczas gdy akceleratory cząstek mogą generować antycząstki poprzez zderzenia protonów i elektronów, a specjalne detektory obserwują antycząstki z wysokoenergetycznych zderzeń kosmicznych, takich jak te z wybuchów supernowych, zwykle dają one tylko pojedyncze antycząstki, takie jak pozytony (antyelektrony) i antyprotony.
Powiązany: Tajemnicze „niecząstki” mogą rozpychać wszechświat, sugeruje nowe badanie teoretyczne
Jednak około osiem lat temu Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02) na pokładzie ISS wykrył około 10 jąder antyhelu. Jądra te składały się z dwóch antyprotonów i jednego lub dwóch antyneutronów (odpowiednio dla wersji antyhelu-3 i antyhelu-4). Jeśli zostanie to potwierdzone przez dalszą analizę, odkrycie to zakwestionuje Standardowy Model fizyki cząstek elementarnych.
Według Modelu Standardowego, aby wytworzyć antyhel-4, co najmniej trzy lub cztery antyprotony i antyneutrony muszą znajdować się wystarczająco blisko siebie i poruszać się wystarczająco wolno, aby się ze sobą połączyć – wyjaśnia współautor badania Michael A. Fedderkebadacz podoktorancki w Perimeter Institute for Theoretical Physics w Kanadzie, powiedział Live Science w e-mailu. Na podstawie tych wymagań, jeden antyhelium-4 byłby produkowany na każde 10 000 antyhelium-3.
„Naprawdę interesującą rzeczą w przypadku zdarzeń kandydackich AMS-02 jest to, że dane wydają się być zgodne z około jednym zdarzeniem antyhelu-4 na każde dwa do trzech zdarzeń antyhelu-3” — powiedział Fedderke. To znacznie więcej niż przewiduje Model Standardowy.
W nowym badaniu opublikowanym 21 czerwca w czasopiśmie Przegląd fizyczny Dzespół próbował wyjaśnić tę rozbieżność, używając hipotetycznych obiektów zwanych kulami ognia. Te kule ognia mogą być wynikiem nieobserwowanych obecnie zjawisk, takich jak zderzenie niezwykle gęstych skupisk Ciemna materia — tajemnicza substancja, która stanowi około 80% materii wszechświata, ale nie oddziałuje ze światłem, więc nie można jej bezpośrednio zaobserwować.
„Kula ognia to gęsty, energetyczny obszar przestrzeni zawierający dużą liczbę antycząstek” – powiedział współautor badania Anubhav Mathurdoktorant na Johns Hopkins University, powiedział Live Science. „Po uformowaniu rozszerza się z prędkością bliską prędkości światła, uwalniając antyprotony, antyneutrony i antyhel do otaczającego środowiska. Antyjądra następnie przemieszczają się na zewnątrz, a niektóre z nich docierają do Ziemi, gdzie można je wykryć”.
Naukowcy modelowali kule ognia o różnych rozmiarach i zachowaniach. Odkryli, że jeśli kule ognia były dużymi, „złożonymi” obiektami składającymi się z wielu cząstek ciemnej materii, to ilość jąder antyhelu, które wytworzyły, dobrze pasuje do wstępnych wyników wykrytych na pokładzie ISS, powiedział Fedderke.
Choć te odkrycia są obiecujące, są one nadal wstępne i wymagają dalszej walidacji. Dalsze badania pomogą ustalić, czy ich hipoteza jest prawidłowa.
„Jeśli chodzi o obserwacje, z niecierpliwością czekamy na zakończenie przez AMS-02 analizy potencjalnych zdarzeń antyhelowych, a także na zebranie w przyszłości większej ilości danych, które mogą rzucić więcej światła na tę zagadkę” – powiedział Fedderke.
Fedderke dodał, że projekt General AntiParticle Spectrometer (GAPS), w ramach którego pod koniec roku nad Antarktydą zostanie wystrzelony balon w celu wykrycia promieni kosmicznych antymaterii, w tym jąder antyhelu, może również rzucić światło na tę materię.
