De eerste resultaten van het grootste en meest complexe wetenschappelijke instrument aan boord van het International Space Station hebben verleidelijke hints gegeven van de best bewaarde deeltjesgeheimen van de natuur, maar een definitief signaal voor donkere materie blijft ongrijpbaar. Hoewel de AMS miljoenen deeltjes antimaterie heeft opgemerkt - met een abnormale piek in positronen - kunnen de onderzoekers andere verklaringen, zoals pulsars in de buurt, nog niet uitsluiten.
"Deze waarnemingen tonen het bestaan van nieuwe fysische verschijnselen aan", zei AMS-hoofdonderzoeker Samuel Ting, "en of er nu meer gegevens nodig zijn uit een deeltjesfysica of astrofysische oorsprong. De komende maanden zal AMS ons overtuigend kunnen vertellen of deze positronen een signaal zijn voor donkere materie, of dat ze een andere oorsprong hebben. ”
De AMS is in 2011 naar het ISS gebracht tijdens de laatste vlucht van de Space Shuttle Endeavour, de voorlaatste shuttle-vlucht. Het experiment van $ 2 miljard onderzoekt elke minuut tienduizend kosmische straling, op zoek naar aanwijzingen over de fundamentele aard van materie.
Tijdens de eerste 18 maanden van de operatie heeft de AMS 25 miljard evenementen verzameld. Het vond een abnormaal overschot aan positronen in de kosmische straalflux - 6,8 miljoen zijn elektronen of hun antimaterie-tegenhanger, positronen.
De AMS ontdekte dat de verhouding tussen positronen en elektronen stijgt bij energieën tussen 10 en 350 giga-elektronvolt, maar Ting en zijn team zeiden dat de stijging niet scherp genoeg is om het definitief toe te schrijven aan botsingen met donkere materie. Maar ze ontdekten ook dat het signaal er in de hele ruimte hetzelfde uitziet, wat te verwachten was als het signaal te wijten was aan donkere materie - het mysterieuze spul waarvan wordt gedacht dat het sterrenstelsels bij elkaar houdt en het universum zijn structuur geeft.
Bovendien suggereren de energieën van deze positronen dat ze mogelijk zijn gemaakt toen deeltjes van donkere materie op elkaar botsten en elkaar vernietigden.
De AMS-resultaten komen overeen met de bevindingen van eerdere telescopen, zoals de Fermi en PAMELA-gammastraalinstrumenten, die ook een vergelijkbare stijging zagen, maar Ting zei dat de AMS-resultaten nauwkeuriger zijn.
De vandaag vrijgegeven resultaten omvatten niet de gegevens van de laatste 3 maanden, die nog niet zijn verwerkt.
"Als de meest nauwkeurige meting van de positronenflux van de kosmische straling tot nu toe, tonen deze resultaten duidelijk het vermogen en de mogelijkheden van de AMS-detector", aldus Ting.
Kosmische stralen zijn geladen hoogenergetische deeltjes die de ruimte doordringen. Ongeveer twintig jaar geleden werd voor het eerst een overmaat aan antimaterie in de kosmische straalflux waargenomen. De oorsprong van het eigen risico blijft echter onverklaard. Een mogelijkheid, voorspeld door een theorie die bekend staat als supersymmetrie, is dat positronen kunnen worden geproduceerd wanneer twee deeltjes donkere materie botsen en vernietigen. Ting zei dat AMS de komende jaren de precisie van de meting verder zal verfijnen en het gedrag van de positronfractie bij energieën boven 250 GeV zal verduidelijken.
Hoewel hij de AMS in de ruimte en weg van de atmosfeer van de aarde had - waardoor de instrumenten een constant spervuur van hoogenergetische deeltjes konden ontvangen - legde Ting de moeilijkheden uit om de AMS in de ruimte te bedienen. "Je kunt geen student sturen om erop uit te gaan om het te repareren", grapte hij, maar voegde er ook aan toe dat de zonnepanelen van het ISS en het vertrek en de aankomst van de verschillende ruimtevaartuigen een effect kunnen hebben op thermische fluctuaties die de gevoelige apparatuur kan detecteren. 'U moet de gegevens constant bewaken en corrigeren, anders krijgt u geen nauwkeurige resultaten', zei hij.
Ondanks het opnemen van meer dan 30 miljard kosmische straling sinds AMS-2 in 2011 op het internationale ruimtestation ISS werd geïnstalleerd, zei de Ting dat de vandaag vrijgegeven bevindingen gebaseerd zijn op slechts 10% van de metingen die het instrument gedurende zijn levensduur zal leveren.
Op de vraag hoeveel tijd hij nodig heeft om de afwijkende metingen te onderzoeken, zei Ting gewoon: 'Langzaam'. Ting zal echter naar verluidt in juli een update geven op de International Cosmic Ray Conference.
Meer info: persbericht van CERN, de paper van het team: Eerste resultaat van de alfa-magnetische spectrometer op het internationale ruimtestation: precisiemeting van de positronfractie in primaire kosmische stralen van 0,5–350 GeV
