Negdje daleko u svemiru, zvijezda pukne i započinje kaskada.
Energija i mali komadići materije ubrzavaju se u svakom smjeru od cvjetajuće supernove. Oni utječu na planete i druge zvijezde i upadaju u međuzvjezdane medije, a neki mali dio njih doseže Zemlju.
To su primarne kozmičke zrake, svjetlosne zrake i sablasno subatomske čestice zvane neutrini koje znanstvenici otkrivaju finim teleskopima i čudnim, još uvijek detektorom ukopanim ispod leda Južnog pola. Stižu bujicom iz svih smjerova odjednom, kao što zvijezde umiru u svemiru.
Ali nisu jedine kozmičke zrake. Postoji još jedna vrsta, teže otkrivena i tajanstvena.
Kad se primarne kozmičke zrake sudaraju s međuzvjezdanim medijima - nepoznatim, nevidljivim stvarima između zvijezda - taj medij oživljava, šaljući svoje tokove nabijenih čestica u svemir, rekao je Samuel Ting, profesor fizike na Massachusetts Institute of Technology koji je pobijedio Nobelovu nagradu za 1976. za otkrivanje prve neobično nove klase čestica sastavljenih i od kvarkova materije i antimaterije.
U novom radu objavljenom 11. siječnja u časopisu Physical Review Letters, Ting i njegovi kolege su dalje iscrtali što su te čestice i kako se ponašaju. Konkretno, istraživači su opisali naboje i spektar čestica litijevih, berilijevih i borovih jezgara koje se zabijaju u Zemljinu atmosferu - nadovezujući se na ranije rezultate koji opisuju naboje i spektar helijskih, ugljikovih i kisikovih zraka.
"Da biste ih proučili, morate staviti magnetski uređaj u svemir, jer na zemlji napunjene kozmičke zrake apsorbiraju atmosferu od 100 kilometara", rekao je Ting za Live Science.
Rezultati ovog rada kulminacija su više od dva desetljeća rada, koji datiraju iz sastanka u svibnju 1994. godine, kada su Ting i nekoliko drugih fizičara otišli posjetiti Daniela Goldina, tada administratora NASA-e. Cilj: uvjeriti Goldina da stavi magnet na Međunarodnu svemirsku stanicu (ISS), koja će započeti izgradnju četiri godine kasnije, 1998. Bez magneta, kozmičke čestice samo bi prolazile kroz bilo koje detektore u pravoj liniji, ne dajući podatke o njihovim svojstvima, rekao je Ting.
Goldin je "pažljivo slušao", rekao je Ting. "Rekao je da je ovo dobra eksperimentalna ideja za svemirsku stanicu. Ali nitko nikada nije stavio magnet u svemir, jer će magnet u svemiru - jer uzajamno djeluje sa Zemljinim magnetskim poljem - proizvesti okretni moment, a svemirska stanica će izgubiti kontrolu . To je poput magnetskog kompasa. "
Kako bi izbjegli uvijanje ISS-a s neba, Ting i njegovi suradnici izgradili su Alfa magnetski spektrometar (AMS): detektor čestica precizan kao oni kod Fermilaba i CERN-a, ali minijaturiziran i postavljen unutar šuplje magnetske cijevi. Kritično, dvije polovice cijevi imaju obrnute polaritete, tako da odvode svemirsku stanicu u suprotnim smjerovima, otkazujući jednu drugu, rekao je Ting.
AMS je 2011. godine odjurio u svemir na brodu Endeavour, što je bila druga posljednja misija tog broda. I veći dio posljednjeg desetljeća, AMS je tiho detektirao 100 milijardi kozmičkih zraka.
Konačno, Ting i njegov tim nadaju se da će koristiti te podatke za odgovor na vrlo konkretna pitanja o svemiru, rekao je. (Iako također može odgovoriti na više svjetovna pitanja, poput onih čestica koje mogu potamniti astronaute na putu prema Marsu.)
"Ljudi kažu: 'međuzvjezdani mediji'. Što su međuzvjezdani mediji? Koja je imovina? Nitko stvarno ne zna", rekao je Ting. "Devedeset posto materije u svemiru ne možete vidjeti. I, zato, to nazivate tamnom materijom. I pitanje je: Što je tamna tvar? Sada, da biste to učinili, morate vrlo precizno izmjeriti pozitrone, antiprotone, anti -helij, i sve ove stvari. "
Ting je rekao da se pažljivim mjerenjima materije i antimaterije koje dolaze u sekundarne kozmičke zrake nada da će teoretičarima ponuditi alate potrebne za opisivanje nevidljive materije u svemiru - i kroz taj će opis shvatiti zašto je svemir stvoren od materije u sve, a ne antimaterije. Mnogi fizičari, uključujući Tinga, vjeruju da bi tamna tvar mogla biti ključna za rješavanje tog problema.
"Na početku mora postojati jednaka količina materije i antimaterije. Dakle, pitanja: Zašto svemir nije napravljen od antimaterije? Što se dogodilo? Postoji li antihelij? Anti-ugljik? Anti-kisik? Gdje jesu li oni?"
Live Science obratio se brojnim teoretičarima koji rade na tamnoj materiji kako bi raspravljali o Tingovom radu i ovom radu, a mnogi su upozoravali da AMS-ovi rezultati još uvijek nisu bacili puno svjetla na tu temu - velikim dijelom zato što instrument tek treba napraviti čvrsta mjerenja svemirske lete antimaterija (iako je bilo nekoliko obećavajućih ranih rezultata).
"Kako se kozmičke zrake formiraju i šire, fascinantan je i važan problem koji nam može pomoći da razumijemo međuzvjezdani medij i potencijalno čak i visokoenergetske eksplozije u drugim galaksijama", napisala je u e-poruci Katie Mack, astrofizičarka sa Državnog sveučilišta Sjeverna Karolina, dodajući da je AMS kritični dio tog projekta.
Moguće je da će AMS pokazati značajnije, provjerene rezultate protiv antimaterije, rekao je Mack, ili će detekcije materije - poput onih opisanih u ovom radu - pomoći istraživačima da odgovore na pitanja o tamnoj materiji. Ali to se još nije dogodilo. "Ali za pretragu tamne materije," rekla je Live Science, "najvažnije je što nam eksperiment može reći o antimateriji, jer je tamna tvar uništena u parove materije i antimaterije. ključni signal koji se traži. "
Ting je rekao da projekt stiže tamo.
"Mjerimo pozitrone. A spektar jako sliči teorijskom spektru tamne materije. Ali treba nam još statistike da to potvrdimo, a stopa je vrlo niska. Dakle, samo moramo pričekati nekoliko godina", rekao je Ting.
