De første resultater fra Alpha Magnetic Spectrometer - baseret på ca. 25 milliarder registrerede begivenheder - repræsenterer den største samling antimaterielle partikler, der er registreret i rummet indtil videre.
Det internationale hold, der kører Alpha Magnetic Spectrometer (AMS1), annoncerede i dag de første resultater i sin søgen efter mørkt stof. Resultaterne, der blev præsenteret af AMS-talsmand Professor Samuel Ting i et seminar på CERN2, skal offentliggøres i tidsskriftet Physical Review Letters. De rapporterer observationen af et overskud af positroner i den kosmiske stråleflux.
AMS-resultaterne er baseret på omkring 25 milliarder registrerede begivenheder, herunder 400.000 positroner med energier mellem 0,5 GeV og 350 GeV, registreret over halvandet år. Dette repræsenterer den største samling af antimaterielle partikler registreret i rummet.Positronfraktionen stiger fra 10 GeV til 250 GeV, hvor dataene viser stigningens hældning reduceres med en størrelsesorden over området 20-250 GeV. Dataene viser heller ingen signifikant variation over tid eller nogen foretrukken indgående retning. Disse resultater er i overensstemmelse med positronerne, der stammer fra udslettelsen af partikler i mørkt stof i rummet, men endnu ikke tilstrækkeligt afgørende til at udelukke andre forklaringer.
Dette sammensatte billede viser fordelingen af mørkt stof, galakser og varm gas i kernen i den fusionerende galakse-klynge Abell 520, dannet fra en voldelig kollision af massive galakse-klynger. Kredit: NASA, ESA, CFHT, CXO, M. J. Jee (University of California, Davis) og A. Mahdavi (San Francisco State University)
”Som den mest præcise måling af den kosmiske strålepostronflow til dags dato viser disse resultater tydeligt AMS-detektorens styrke og evner,” sagde AMS-talsmand, Samuel Ting. "I løbet af de kommende måneder vil AMS være i stand til at fortælle os endeligt, om disse positroner er et signal for mørkt stof, eller om de har en anden oprindelse."
Kosmiske stråler er ladede partikler med høj energi, der gennemsyrer rummet. AMS-eksperimentet, der er installeret på International Space Station, er designet til at studere dem, før de har en chance for at interagere med jordens atmosfære. Et overskud af antimateriale i den kosmiske stråleflux blev først observeret for omkring to årtier siden. Overskudets oprindelse forbliver imidlertid uforklarlig. En mulighed, der er forudsagt af en teori kendt som supersymmetri, er, at positroner kan produceres, når to partikler af mørkt stof kolliderer og udslettes. Under forudsætning af en isotropisk fordeling af partikler med mørkt stof, forudsiger disse teorier observationer foretaget af AMS. AMS-målingen kan dog endnu ikke udelukke den alternative forklaring, at positronerne stammer fra pulsarer fordelt omkring det galaktiske plan. Supersymmetri teorier forudsiger også en afskæring ved højere energier over masseområdet for partikler af mørkt stof, og dette er endnu ikke observeret. I de kommende år vil AMS yderligere præcisere målingens præcision og tydeliggøre opførslen af positronfraktionen ved energier over 250 GeV.
”Når du tager et nyt præcisionsinstrument ind i et nyt regime, har du en tendens til at se mange nye resultater, og vi håber, at dette vil være det første af mange,” sagde Ting. ”AMS er det første eksperiment, der måler til 1% nøjagtighed i rummet. Det er dette præcisionsniveau, der giver os mulighed for at fortælle, om vores nuværende positronobservation har et mørkt stof eller pulsaroprindelse. ”
Mørk stof er et af de vigtigste mysterier i fysik i dag. Ansvaret for mere end en fjerdedel af universets masse-energi-balance, kan det observeres indirekte gennem dets interaktion med synligt stof, men er endnu ikke direkte opdaget. Søgninger efter mørkt stof udføres i rumbårne eksperimenter som AMS, såvel som på jorden ved Large Hadron Collider og en række eksperimenter installeret i dybe underjordiske laboratorier.
"AMS-resultatet er et godt eksempel på komplementariteten af eksperimenter på Jorden og i rummet," sagde CERNs generaldirektør Rolf Heuer. ”Ved at arbejde sammen, tror jeg, at vi kan være sikre på en løsning på den mørke materie-enigma engang i de næste par år.”
Via CERN