Ergens ver weg in het universum barst een ster en begint een cascade.
Energie en kleine stukjes materie schieten in alle richtingen weg van de bloeiende supernova. Ze treffen planeten en andere sterren en crashen in interstellaire media, en een klein deel ervan bereikt de aarde.
Dit zijn primaire kosmische stralen, de lichtstralen en spookachtige subatomaire deeltjes die neutrino's worden genoemd en die wetenschappers detecteren met fijne telescopen en een vreemde, nog steeds aanwezige detector begraven onder het ijs van de zuidpool. Ze komen vanuit elke richting tegelijk in een stroom terecht, terwijl sterren door het hele universum sterven.
Maar het zijn niet de enige kosmische stralen. Er is een ander type, moeilijker te detecteren en mysterieus.
Wanneer primaire kosmische stralen botsen met interstellaire media - het onbekende, onzichtbare materiaal tussen sterren - komen die media tot leven en sturen hun eigen stromen van geladen deeltjes de ruimte in, zei Samuel Ting, een professor in de natuurkunde aan het Massachusetts Institute of Technology die won de Nobelprijs in 1976 voor het ontdekken van de eerste van een vreemde nieuwe klasse van deeltjes bestaande uit materie en antimaterie-quarks.
En in een nieuw artikel dat op 11 januari in het tijdschrift Physical Review Letters is gepubliceerd, hebben Ting en zijn collega's verder in kaart gebracht wat die deeltjes precies zijn en hoe ze zich gedragen. Specifiek beschreven de onderzoekers de ladingen en spectra van deeltjes van lithium, beryllium en boorkernen die in de atmosfeer van de aarde slaan - voortbouwend op eerdere resultaten die de ladingen en spectra van helium-, koolstof- en zuurstofstralen beschrijven.
"Om deze te bestuderen, moet je een magnetisch apparaat in de ruimte plaatsen, omdat op de grond geladen kosmische straling wordt geabsorbeerd door de 100 kilometer atmosfeer", vertelde Ting aan WordsSideKick.com.
De resultaten van dit document zijn het resultaat van meer dan twee decennia werk, daterend van een bijeenkomst in mei 1994, toen Ting en verschillende andere natuurkundigen Daniel Goldin, de toenmalige beheerder van NASA, gingen bezoeken. Het doel: Goldin overtuigen om een magneet te plaatsen op het International Space Station (ISS), dat vier jaar later, in 1998, met de bouw zou beginnen. Zonder magneet zouden de kosmische deeltjes gewoon in een rechte lijn door alle detectoren gaan, zonder informatie over hun eigenschappen, zei Ting.
Goldin 'luisterde aandachtig', zei Ting. 'Hij zei dat dit een goed experimentidee is voor het ruimtestation. Maar niemand heeft ooit een magneet in de ruimte geplaatst, omdat een magneet in de ruimte - omdat deze in wisselwerking staat met het aardmagnetisch veld - een koppel zal produceren en het ruimtestation de controle verliest Het is net een magnetisch kompas. '
Om te voorkomen dat het ISS uit de lucht wordt gedraaid, bouwden Ting en zijn medewerkers de Alpha Magnetic Spectrometer (AMS): een deeltjesdetector die zo nauwkeurig is als die bij Fermilab en CERN, maar verkleind en in een holle magnetische buis wordt geplaatst. Kritiek, de twee helften van de buis hebben omgekeerde polariteiten, dus ze verdraaien het ruimtestation in tegengestelde richtingen en heffen elkaar op, zei Ting.
In 2011 reed de AMS de ruimte in met de Space Shuttle Endeavour, de voorlaatste missie van dat vaartuig. En gedurende een groot deel van het afgelopen decennium heeft de AMS in stilte 100 miljard kosmische straling gedetecteerd.
Uiteindelijk hopen Ting en zijn team die gegevens te gebruiken om zeer specifieke vragen over het universum te beantwoorden, zei hij. (Hoewel het ook meer alledaagse vragen kan beantwoorden, zoals welke deeltjes astronauten op weg naar Mars kunnen bekogelen.)
'Mensen zeggen' interstellaire media '. Wat zijn interstellaire media? Wat is het eigendom? Niemand weet het echt,' zei Ting. 'Negentig procent van de materie in het universum kun je niet zien. En daarom noem je het donkere materie. En de vraag is: wat is donkere materie? Om dit te doen, moet je heel nauwkeurig positronen, antiprotons, anti meten -helium, en al deze dingen. "
Ting zei dat hij door zorgvuldige metingen van de materie en antimaterie die aankomen in secundaire kosmische stralen, theoretici hoopt de instrumenten te bieden die nodig zijn om de onzichtbare materie in het universum te beschrijven - en door die beschrijving te achterhalen waarom het universum is gemaakt van materie op alles, en niet antimaterie. Veel natuurkundigen, waaronder Ting, zijn van mening dat donkere materie de sleutel kan zijn om dat probleem op te lossen.
'In het begin moet er een gelijke hoeveelheid materie en antimaterie zijn. Dus, de vragen: waarom is het universum niet gemaakt van antimaterie? Wat is er gebeurd? Is er anti-helium? Anti-koolstof? Anti-zuurstof? Waar zijn zij?"
WordsSideKick.com nam contact op met een aantal theoretici die aan donkere materie werkten om het werk van Ting en dit artikel te bespreken, en velen waarschuwden dat de resultaten van AMS nog niet veel licht op het onderwerp hebben geworpen - grotendeels omdat het instrument nog geen stevige metingen van ruimtevaart heeft gedaan antimaterie (hoewel er een aantal veelbelovende vroege resultaten zijn geweest).
"Hoe kosmische straling zich vormt en verspreidt, is een fascinerend en belangrijk probleem dat ons kan helpen het interstellaire medium en mogelijk zelfs hoogenergetische explosies in andere sterrenstelsels te begrijpen", schreef Katie Mack, een astrofysicus aan de North Carolina State University, in een e-mail. dat AMS een cruciaal onderdeel is van dat project.
Het is mogelijk dat AMS significantere, geverifieerde antimaterie-resultaten zal opleveren, zei Mack, of dat materiedetecties - zoals die in dit artikel worden beschreven - onderzoekers zullen helpen vragen over donkere materie te beantwoorden. Maar dat is nog niet gebeurd. "Maar voor de zoektocht naar donkere materie," vertelde ze aan WordsSideKick.com, "is het belangrijkste wat het experiment ons kan vertellen over antimaterie, omdat het donkere materie is die vernietigt in materie-antimaterieparen die de het belangrijkste signaal dat wordt gezocht. "
Ting zei dat het project daar komt.
"We meten positronen. En het spectrum lijkt erg veel op het theoretische spectrum van donkere materie. Maar we hebben meer statistieken nodig om te bevestigen, en de snelheid is erg laag. We moeten dus maar een paar jaar wachten", zei Ting.
