AMS experiment zverejnil dva články o svojich najnovších výsledkoch. Sú zamerané na to najvýznamnejšie čomu je AMS na stope, na otázku tmavej hmoty vo vesmíre.
Tmavá hmota je stále záhadou. Stále nevieme čo ju tvorí a AMS experiment sa snaží preveriť jednu z najpravdepodobnejších hypotéz. Tou sa fyzikom, zaoberajúcim sa tmavou hmotou, zdá časticová hypotéza. Podľa nej je tmavou hmotou elementárna častica. Mnoho týchto elementárnych častíc tvorí 85 percent všetkej hmoty vo vesmíre. Aká konkrétna elementárna častica to je, sa nevie. Je mnoho kandidátov a výsledky AMS experimentu môžu z nich vybrať tú pravú, alebo aspoň vylúčiť veľkú skupinu nesprávných kandidátov.
AMS experiment je obrovský (váha 8,5 ton) a veľmi presný detektor na Medzinárodnej vesmírnej stanici ISS. Jeho štart sme sledovali v článku AMS, vzácny náklad raketoplánu Endeavour. Detektor zaznamenáva elementárne častice. Sú to najmä protóny kozmického žiarenia, ktoré tvoria približne 90 percent registrovaných častíc. Zvyšok sú ionizované jadrá všetkých ostatných prvkov, elektróny, pozitróny a ostatné nabité častice. A práve presné merania elekrónov a pozitrónov môžu pohnúť výskum tmavej hmoty dopredu.
AMS detektor v CERNE v júli 2010.
Pred štvrťstoročím Michael Turner a Frank Wilczek prišli s myšlienkou, že slabo interagujúce častice by pri interakcii s ich antičasticami a následnej anihilácii mohli produkovať aj pozitróny. Ak by teda existovali takéto slabo interagujúce častice v dostatočnom množstve, napríklad by ich bolo rádovo toľko ako je tmavej hmoty vo vesmíre, tak by sme mali vidieť aj viac pozitrónov. Turner a Wilczek ukázali koľko pozitrónov a s akými energiami by malo byť pozorovateľných. Na svet prišla hypotéza tmavej hmoty ako slabo interagujúcej častice. A ako správna hypotéza prišla aj s predpoveďou, ktorá ju umožní potvrdiť alebo vyvrátiť. Mimochodom, Frank Wilczek získal v roku 2004 Nobelovu cenu za objav asymptotickej voľnosti v teórii silnej interakcie.
Na začiatku 90. rokov minulého storočia sme vo vesmíre nemali detektory schopné overiť Turner-Wilczekovu hypotézu. Experiment AMS mohol byť prvým, ktorý to dokáže. Vďaka smole a odkladom štartu, ktoré ho postihli, sa prvým nestal. Prvým bol experiment so sympatickým názvom PAMELA. Ten ukázal, že pozitrónov je naozaj viac než by sa čakalo. Pozitrónov z anihilácie tmavej hmoty by malo byť viac len v určitom rozmedzí energií. No PAMELA nedokázala určiť počet pozitrónov v celom potrebnom rozsahu, len na jeho začiatku s nižšími energiami. Je tiež možné, že pozorované pozitróny netvorí tmavá hmota ale blízke pulzary. Signál pulzarov a tmavej hmoty sa dá odlíšiť len ak zmeriate celý energetický rozsah vyššieho výskytu pozitrónov. Jeho horná hranica navyše nie je známa a súvisí s vlastnosťami hľadanej častice tmavej hmoty. Navyše, keďže šlo o prvé takéto meranie, nik si nebol úplne istý, či náhodou nejde len o chybu merania. Merania PAMELA experimentu však v roku 2010 potvrdil experiment FERMI. Stále však na stole ostávala otázka, či sa meria efekt pulzarov alebo tmavej hmoty.
V roku 2011 odštartovala raketoplán Endeavour na svoju poslednú cestu do vesmíru. Na jeho palube k ISS smeroval experiment AMS. Pár dní na to AMS začal svoje merania na ISS. Po dvoch rokoch meraní AMS po prvý raz zverejnil svoje výsledky. Upresnil merania experimentov PAMELA a FERMI, no stále ešte nedokázal rozsúdiť pôvod nadmerného počtu pozitrónov. AMS naďalej meria a bude merať nasledujúcich 10 rokov, pričom čím dlhšie meria, tým viac pozitrónov zaregistruje a tým je bližšie k rozlúsknutiu záhady. Čakalo sa na ďalšie zverejnené výsledky.
AMS detektor na Medzinárodnej vesmírnej stanici ISS.
To sa stalo v najnovšom vydaní jedného z najprestížnejších fyzikálnych časopisov Physical Review Letters (články tu a tu). Výsledky z 30 mesiacov meraní, od mája 2011 do novembra 2013, zahŕňajú informáciu o celkovo 41 miliardách zaregistrovaných časticiach, z ktorých bolo 10 miliónov elektrónov a pozitrónov. Na pomere počtu pozitrónov k celkovému množstvu pozitrónov a elektrónov vidieť rastúci počet pozitrónov od energie približne 8 GeV (GeV je jednotka energie používaná vo fyzike elementárnych častíc, rovná približne 1,6 miliardtine Joulu). Novo zverejnené údaje ukazujú pozíciu maxima tohto pomeru pri energii 275 GeV. Do tejto energie pomer rastie a nad touto hranicou začína pomaly klesať. Táto charakterisitika môže súvisieť s vlastnosťami častice tmavej hmoty. Do doby kým AMS zverejní svoje ďalšie výsledky, budú tento údaj a presný tvar pomeru pozitrónov využívať mnohí fyzici na odhady vlastností hľadanej častice tmavej hmoty.
Vďaka AMS máme spoľahlivo potvrdené, že vo vesmíre existuje zdroj pozitrónov minimálne niekde v okolí našej pozície v Galaxii. Čo stále nevieme, je čo ním je. Presnejšie merania posunuli hranicu charakeristík častice tmavej hmoty k vyšším energiám, no stále môžu byť zdrojom pozitrónov aj pulzary. Finálne vyriešenie otázky tmavej hmoty je tak stále len kdesi na obzore.
Zdroj: newsoffice.mit.edu
Pjetro de