AMS: ανιχνεύθηκε σκοτεινή ύλη στον Διαστημικό Σταθμό;

To Άλφα Μαγνητικό Φασματόμετρο ή AMS (Alpha Magnetic Sectrometer) λειτουργεί στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό

Νεώτερα αποτελέσματα από το Άλφα Μαγνητικό Φασματόμετρο (AMS), δείχνουν ότι κάτι άλλο πέρα από τη συνηθισμένη ύλη, παράγει έναν ανεξήγητο αριθμό σωματιδίων που ανιχνεύονται στην κοσμική ακτινοβολία. Πρόκειται για τα «αποτυπώματα» των προϊόντων διάσπασης – αλληλεπιδράσεων της σκοτεινής ύλης ή για σωματίδια που δημιουργούνται από κοντινά πάλσαρ;

Tα νεώτερα αποτελέσματα του Άλφα Μαγνητικού Φασματομέτρου, σε σύγκριση με τα περσινά

Πλέον ξέρουμε ότι κάτι νέο συμβαίνει, αλλά δεν γνωρίζουμε ακόμα την προέλευσή του, δηλώνει ο βραβευμένος με νόμπελ Φυσικής Samuel Ting του ΜΙΤ, επικεφαλής της επιστημονικής ομάδας του Άλφα Μαγνητικού Φασματομέτρου (AMS). Σε σύντομο χρονικό διάστημα, θα μπορέσουμε να επιλύσουμε το μυστήριο.

Από την εγκατάστασή του στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό ο ανιχνευτής σωματιδίων AMS έχει καταγράψει 50 δισεκατομμύρια κοσμικών ακτίνων, δίνοντας πληροφορίες σχετικά με το είδος τους, την κατεύθυνση και την ενέργειά τους.

Ιδιαίτερο ενδιαφέρον έχει το κλάσμα των ποζιτρονίων e⁺/ (e⁺+ e^-) – ο αριθμός των ανιχνευόμενων ποζιτρονίων ως προς το άθροισμα ηλεκτρόνια + ποζιτρόνια. (Υπενθυμίζεται ότι τα ποζιτρόνια ή αντι-ηλεκτρόνια, είναι τα αντίστοιχα σωματίδια αντιύλης των ηλεκτρονίων).
Πριν από έναν χρόνο η ομάδα του AMS ανέφερε αύξηση των ποζιτρονίων που ανιχνεύονται, η προέλευση των οποίων ίσως να οφείλεται σε συγκρούσεις σωματιδίων της σκοτεινής ύλης.

Η παρατηρούμενη αύξηση στο κλάσμα ποζιτρονίων, καθώς επίσης και το σημείο στο οποίο θα αρχίσει η μείωσή του εξαρτάται από τη μάζα της σκοτεινής ύλης.

Τα νέα στοιχεία δείχνουν ότι ο λόγος των ποζιτρονίων προς συνολικό άθροισμα ηλεκτρονίων και ποζιτρονίων, έχει αλλάξει συμπεριφορά, και η αύξηση της τιμής του κλάσματος συναρτήσει της ενέργειας δείχνει να γίνεται ανεξάρτητο της ενέργειας.

Σύμφωνα με τον Ting η αύξηση αυτή δεν προέρχεται από τις συνήθεις αλληλεπιδράσεις των κοσμικών ακτίνων.

Ο Ting υπενθυμίζει επίσης ότι μετρήθηκε και η ροή των ποζιτρονίων με την μεγαλύτερη ακρίβεια μέχρι σήμερα. Η ροή αυξάνει έως τα 10 GeV, σταθεροποιείται μέχρι τα 35 GeV και στην συνέχεια αυξάνεται και πάλι.

Όλα τα παραπάνω δείχνουν ότι η προέλευση των ποζιτρονίων στο σύμπαν είναι αρκετά μυστηριώδης, αλλά είναι πάρα πολύ νωρίς για να πούμε ότι προέρχονται με βεβαιότητα από την σκοτεινή ύλη.

Σχετικά με το κλάσμα ποζιτρονίων
Εξαιτίας της μικρής μάζας τους, τα ηλεκτρόνια και τα ποζιτρόνια κοσμικής προέλευσης, στη διαδρομή από την πηγή τους μέχρι τον ανιχνευτή AMS, χάνουν ενέργεια εξαιτίας της αντίστροφης σκέδασης Compton με τα φωτόνια της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου και από την ακτινοβολία σύγχροτρον λόγω του μαγνητικού πεδίου του γαλαξία. Ο ρυθμός απώλειας της ενέργειάς τους αυξάνεται ανάλογα με το τετράγωνο της ενέργειας των ηλεκτρονίων, οπότε το φάσμα της ενέργειας των ανιχνευόμενων ηλεκτρονίων μειώνεται συναρτήσει της ενέργειας ως Ε ^-α και πιο απότομα ως Ε ^-(α+1) στις μεγαλύτερες ενέργειες (Ε>10 GeV). Για σωματίδια προερχόμενα από τα υπολείμματα βίαιης έκρηξης σουπερνόβα η τιμή της παραμέτρου α αναμένεται να είναι μεγαλύτερη από 2.
Για τα δευτερογενή ηλεκτρόνια/ποζιτρόνια, το φάσμα της πηγής θα ακολουθεί το ενεργειακό φάσμα των πρωτονίων της  κοσμικής ακτινοβολίας,
προσεγγιστικά ≈Ε ^-2,7 και στη συνέχεια αυτός ο εκθετικός νόμος θα γίνει πιο απότομος εξαιτίας των απωλειών μέχρι να φτάσουν στον ανιχνευτή ως ένα παρατηρούμενο φάσμα ≈E ^-(2,7+1,0).
Ως εκ τούτου αν όλα τα ποζιτρόνια των κοσμικών ακτίνων είναι αποκλειστικά διαστρικής προέλευσης, αλλά μια σημαντική ποσότητα ηλεκτρονίων προέρχεται από πρωτογενείς πηγές, τότε το κλάσμα ποζιτρονίων e⁺/ (e⁺+ e^-) θα πρέπει να μειώνεται συνεχώς και ομαλά συναρτήσει της ενέργειας.
Πειραματικά ο διαχωρισμός ποζιτρονίων και ηλεκτρονίων πρέπει να πραγματοποιηθεί μέσω εκτροπής των σωματιδίων μέσα σε ένα μαγνητικό πεδίο, και η ταυτοποίηση των ποζιτρονίων γίνεται δύσκολη εξαιτίας του υποβάθρου των πρωτονίων τα οποία ξεπερνούν σε ένταση τα ποζιτρόνια κατά 4 ή 5 τάξεις μεγέθους. Οι πρώτες μετρήσεις ποζιτρονίων που πραγματοποιήθηκαν με ένα μαγνητικό φασματόμετρο τοποθετημένο σε αερόστατο επιβεβαίωναν το γεγονός ότι η τιμή του κλάσματος των ποζιτρονίων μειώνεται σε ενέργειες μεγαλύτερες από 10 GeV.
Όμως η κατάσταση έγινε πιο περίπλοκη όταν έγιναν περισσότερες μετρήσεις σε υψηλότερες ενέργειες. Ένα πείραμα που χρησιμοποιούσε το μαγνητικό πεδίο της γης για τον διαχωρισμό των φορτισμένων σωματιδίων, έδειξε μια αναπάντεχα μεγάλη τιμή στο κλάσμα των ποζιτρονίων στην περιοχή των 20 GeV.
Οι μετρήσεις άλλων πειραμάτων, όπως και οι αρχικές μετρήσεις του AMS έδειχναν πως το κλάσμα ποζιτρονίων στις υψηλές ενέργειες δεν μπορεί να εξηγηθεί αποκλειστικά και μόνο με την υπόθεση της διαστρικής προέλευσης των ποζιτρονίων, και ίσως να απαιτείται νέα φυσική θεώρηση.
Πρόκειται για την πολυπόθητη ένδειξη προϊόντων διάσπασης σωματιδίων της σκοτεινής ύλης ή πρόκειται για φαινόμενα παραγωγής σωματιδίων από ένα κοντινό παλσαρ ή την έκρηξη ενός άστρου Wolf-Rayet; Ή πρόκειται για πειραματικό λάθος εξαιτίας των «ανατριχιαστικών» προβλημάτων υποβάθρου;

Διαβάστε περισσότερα: news.discovery.com - ams.nasa.gov - www1b.physik.rwth-aachen.de

ΠΗΓΗ: physicsgg.me