Наблюдения спектрометра AMS-02 на борту МКС открывают новую эру в поисках WIMP — слабо взаимодействующих массивных частиц

04.10.2024 19:09:00 | iXBT.com

Учёные обнаружили следы антиматерии в космосе, которые могут указывать на существование WIMP (слабо взаимодействующих массивных частиц), которые могут составлять тёмную материю.

Исследование, опубликованное в журнале Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, предполагает, что некоторые недавние наблюдения «антиядер» в космических лучах согласуются с существованием WIMP, но также и то, что эти частицы могут быть ещё более странными, чем считалось ранее.

Тёмная материя составляет более 85% материи во Вселенной, но её природа остаётся неизвестной. WIMP — это частицы, существование которых было теоретически обосновано, но которые никогда не наблюдались. Они могли бы стать идеальным кандидатом на роль тёмной материи.

Недавнее открытие, похоже, снова «открыло это дело». AMS-02 (альфа-магнитный спектрометр) — это научный эксперимент на борту Международной космической станции, изучающий космические лучи. Руководители проекта сообщили, что обнаружили следы антиядер в космических лучах, в частности антигелия, что стало неожиданностью.

«Если вы видите образование античастиц в межзвёздной среде, где вы ожидаете их очень мало, то это означает, что происходит что-то необычное», — объясняет Педро Де ла Торре Луке, физик из Института теоретической физики в Мадриде. То, что производит антигелиевые ядра, наблюдаемые AMS-02, действительно может быть WIMP.

Источник: DALL-E

Согласно теории, когда встречаются две частицы WIMP, в некоторых случаях они аннигилируют, испуская энергию и производя как частицы материи, так и частицы антиматерии. Де ла Торре Луке и его коллеги проверили некоторые модели WIMP, чтобы проверить их совместимость с наблюдениями. Исследование подтвердило, что некоторые наблюдения антигелия трудно объяснить с помощью известных астрофизических явлений.

«Теоретические предсказания предполагали, что, хотя космические лучи могут производить античастицы посредством взаимодействия с газом в межзвёздной среде, количество антиядер, особенно антигелия, должно быть чрезвычайно малым. Мы ожидали обнаружить одно событие антигелия каждые несколько десятков лет, но около десяти событий антигелия, наблюдаемых AMS-02, на много порядков превышают предсказания, основанные на стандартных взаимодействиях космических лучей. Вот почему эти антиядра являются правдоподобным ключом к аннигиляции WIMP», — объяснил Де ла Торре Луке.

Но в действительности их может быть ещё больше. Ядра антигелия, наблюдаемые AMS-02, состоят из двух различных изотопов: антигелия-3 и антигелия-4. Антигелий-4, в частности, намного тяжелее и намного реже.

Мы знаем, что образование более тяжёлых ядер становится всё менее вероятным по мере увеличения их массы, особенно в результате естественных процессов с участием космических лучей, поэтому обнаружение столь большого их количества является важным знаком.

«Даже в самых оптимистичных моделях WIMP могли бы объяснить только количество обнаруженного антигелия-3, но не антигелия-4», — заключил Де ла Торре Луке, и для этого потребовалось бы представить частицу (или класс частиц), ещё более странную, чем WIMP, предложенные до сих пор, или, выражаясь техническим языком, ещё более «экзотическую».

Таким образом, исследование Де ла Торре Люка и его коллег показывает, что путь к WIMPs ещё не закрыт. Теперь необходимо гораздо больше точных наблюдений, возможно, придётся расширить или адаптировать теоретическую модель, введя в стандартную модель известных на сегодняшний день частиц новый сектор с новыми «экзотическими» элементами.

Подробнее