Jossain kaukana maailmankaikkeudessa tähti räjähtää ja alkaa kaskadia.
Energia ja pienet ainebitit nopeutuvat joka suuntaan kukkivaan supernoovaan. Ne vaikuttavat planeettoihin ja muihin tähtiin ja törmäävät tähtienväliseen mediaan, ja pieni osa niistä saavuttaa maan.
Nämä ovat primaarisia kosmisia säteitä, valonsäteitä ja aavemaisia subatomisia hiukkasia, joita kutsutaan neutriinoiksi, jotka tutkijat havaitsevat hienoilla kaukoputkilla ja omituisella, silti detektorilla, joka on haudattu etelänavan jään alle. Ne saapuvat torrenttiin mistä tahansa suunnasta kerralla, kun tähdet kuolevat koko maailmankaikkeudessa.
Mutta ne eivät ole ainoita kosmisia säteitä. On olemassa toinen tyyppi, vaikeampi havaita ja salaperäinen.
Kun primaariset kosmiset säteet törmäävät tähtienväliseen väliaineeseen - tuntemattomiin, tuntemattomiin asioihin, jotka ovat tähtiä -, tämä media tulee elämään lähettämällä omat varautuneiden hiukkasvirtojensa avaruuteen, kertoi Massachusettsin teknillisen instituutin fysiikan professori Samuel Ting, joka voitti Nobel-palkinnon vuonna 1976 ensimmäisen omituisen uuden hiukkasluokan löytämisestä sekä aineen että antimaterian kvarkeista.
Ja uudessa lehdessä, joka julkaistiin 11. tammikuuta lehdessä Physical Review Letters, Ting ja hänen kollegansa ovat kartoittaneet tarkemmin, mitkä nämä hiukkaset ovat ja miten ne käyttäytyvät. Erityisesti tutkijat kuvasivat maapallon ilmakehään leviävien litium-, beryllium- ja booriytimien hiukkasten varauksia ja spektriä - rakentaen aikaisempiin tuloksiin, jotka kuvaavat heliumin, hiili- ja happisäteiden varauksia ja spektriä.
"Näiden tutkimiseksi sinun on asetettava magneettinen laite avaruuteen, koska 100 km ilmakehään imee ladatut kosmiset säteet", Ting kertoi Live Science: lle.
Tämän lehden tulokset ovat yli kahden vuosikymmenen työn huipentuma, joka juontaa juurensa toukokuussa 1994 pidettyyn kokoukseen, kun Ting ja useat muut fyysikot kävivät vierailulla Daniel Goldinilla, joka oli NASAn järjestelmänvalvoja. Tavoite: vakuuttaa Goldin asettamaan magneetti kansainväliselle avaruusasemalle (ISS), joka aloittaisi rakentamisen neljä vuotta myöhemmin, vuonna 1998. Ilman magneettia, kosmiset hiukkaset kulkisivat vain detektorien läpi suorassa linjassa antamatta mitään tietoa niiden ominaisuuksista, Ting sanoi.
Goldin "kuunteli tarkoin", Ting sanoi. "Hän sanoi, että tämä on hyvä kokeiluidea avaruusasemalle. Mutta kukaan ei ole koskaan laittanut magneettia avaruuteen, koska avaruuden magneetti - koska se on vuorovaikutuksessa maan magneettikentän kanssa - tuottaa vääntömomentin, ja avaruusasema menettää hallinnan . Se on kuin magneettinen kompassi. "
Jotta vältettäisiin ISS: n kiertyminen taivaalta, Ting ja hänen yhteistyökumppaninsa rakensivat alfa-magneettisen spektrometrin (AMS): hiukkasdetektorin, joka on yhtä tarkka kuin Fermilabissa ja CERN: ssä, mutta pienennetty ja sijoitettu onton magneettisen putken sisään. Kriittisesti putken molemmat puoliskot ovat kääntäneet napaisuuksia, joten ne vääntävät avaruusasemaa vastakkaisiin suuntiin poistaen toisensa, Ting sanoi.
Vuonna 2011 AMS matkusti avaruuteen avaruussukkula Endeavorilla, joka oli veneen toisesta viimeiseen -operaatio. Ja suurimman osan viime vuosikymmenestä, AMS on havainnut hiljaa 100 miljardia kosmista säteilyä.
Viime kädessä Ting ja hänen ryhmänsä toivovat käyttävänsä näitä tietoja vastatakseen hyvin erityisiin maailmankaikkeutta koskeviin kysymyksiin, hän sanoi. (Vaikka se voi vastata myös enemmän arkipäivän kysymyksiin, kuten mitä hiukkaset voivat heittää astronauteja matkalle Marsiin.)
"Ihmiset sanovat:" Tähtienvälinen media ". Mikä on tähtienvälinen media? Mikä on omaisuus? Kukaan ei oikein tiedä", Ting sanoi. "Yhdeksänkymmentä prosenttia maailmankaikkeuden aineesta et näe. Ja siksi kutsut sitä tummaksi aineeksi. Ja kysymys on: Mikä on tumma aine? Nyt, jotta voit tehdä tämän, sinun täytyy mitata erittäin tarkasti positronit, antiprotonit, anti -helium, ja kaikki nämä asiat. "
Ting kertoi, että toissijaisissa kosmisissa säteissä saapuvan aineen ja antimaterian huolellisilla mittauksilla hän toivoo voivansa tarjota teoreetikoille välineet, joita tarvitaan maailmankaikkeuden näkymättömän aineen kuvaamiseen - ja selittää tämän kuvauksen kautta miksi maailmankaikkeus on tehty materiaalista kaikki, eikä antimateriaa. Monet fyysikot, mukaan lukien Ting, uskovat, että tumma aine voi olla avain tämän ongelman ratkaisemiseen.
"Alussa on oltava yhtä paljon ainetta ja antimateriaalia. Joten kysymykset: Miksi maailmankaikkeutta ei valmisteta antimateriaalista? Mitä tapahtui? Onko olemassa antiheliumia? Hiilen vastainen? Antihappi? Missä ovatko he?"
Live Science otti yhteyttä useisiin teoreetikkoihin, jotka työskentelevät tumman aineen parissa keskustelemaan Tingin työstä ja tästä asiakirjasta, ja monet varoittivat, että AMS: n tulokset eivät ole vielä paljastaneet aiheeseen paljon valoa - lähinnä siksi, että instrumentin on vielä tehtävä tiukkoja mittauksia avaruuden hävittämisestä. antimateria (vaikka varhaisia tuloksia on ollut muutamia).
"Kuinka kosmiset säteet muodostuvat ja leviävät, on kiehtova ja tärkeä ongelma, joka voi auttaa meitä ymmärtämään muiden galaksien välistä keskitason keskipistettä ja mahdollisesti jopa korkean energian räjähdyksiä", Pohjois-Carolinan osavaltion yliopiston astrofysiikkajohtaja Katie Mack kirjoitti sähköpostiviestissä ja lisäsi että AMS on kriittinen osa hanketta.
On mahdollista, että AMS tuottaa merkittäviä, todennettuja antimateriaalituloksia, Mack sanoi, tai että aineiden havainnot - kuten tässä artikkelissa kuvatut - auttavat tutkijoita vastaamaan tummaa ainetta koskeviin kysymyksiin. Mutta sitä ei ole vielä tapahtunut. "Mutta tumman aineen etsinnälle", hän kertoi Live Sciencelle, "tärkein asia on se, mitä kokeilu voi kertoa meille antimateriaalista, koska se on tumma aine, joka tuhoaa aineen ja antimaterian pariin, mikä on avainasignaalia etsitään. "
Ting kertoi, että projekti on saapumassa sinne.
"Mittaamme positroneja. Ja spektri näyttää hyvin samankaltaiselta kuin tumman aineen teoreettinen spektri. Mutta tarvitsemme lisää tilastoja vahvistaaksemme, ja määrä on erittäin matala. Joten meidän on vain odotettava muutama vuosi", Ting sanoi.
