איפשהו רחוק ביקום, כוכב מתפרץ ומתחיל מפל.
אנרגיה וקטעי חומר קטנים ממהרים לכל כיוון מהסופרנובה הפורחת. הם משפיעים על כוכבי לכת וכוכבים אחרים ומתרסקים בתקשורת בין-כוכבית, וחלק קטן מהם מגיע לכדור הארץ.
אלה קרניים קוסמיות ראשוניות, קרני האור וחלקיקים תת-אטומיים רפאים, המכונים נייטרינו שמדענים מזהים בעזרת טלסקופים עדינים וגלאי מוזר, עדיין קבור מתחת לקרח הקוטב הדרומי. הם מגיעים בשטף מכל כיוון בבת אחת, כאשר כוכבים מתים ברחבי היקום.
אבל הם אינם הקרניים הקוסמיות היחידות. יש סוג אחר, קשה יותר לגילוי ומסתורי.
כאשר קרניים קוסמיות ראשוניות מתנגשות בתקשורת בין-כוכבית - הדברים הלא ידועים, הבלתי נראים בין כוכבים - אותה מדיה מתעוררת לחיים, ושולחת זרמים משלה של חלקיקים טעונים לחלל, אמר סמואל טינג, פרופסור לפיזיקה במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס שניצח פרס נובל בשנת 1976 על גילוי הראשון מחלקה חדש ומשונה של חלקיקים המורכב מחומר וגם מקוויקים אנטי-חומר.
ובמאמר חדש שפורסם ב -11 בינואר בכתב העת Physical Review Letters, טינג ועמיתיו פירטו מה הם החלקיקים האלה ואיך הם מתנהגים. באופן ספציפי, החוקרים תיארו את המטענים והספקטרום של חלקיקי גרעיני ליתיום, בריליום ובור שזורקים לאטמוספירה של כדור הארץ - תוך התבססות על תוצאות קודמות המתארות את המטענים והספקטרום של קרני הליום, פחמן וחמצן.
טינג אמר ל- Live Science: "כדי לחקור את אלה אתה צריך להכניס מכשיר מגנטי לחלל, מכיוון שעל הקרקע קרניים קוסמיות טעונות נקלטות במאה ק"מ של האטמוספרה.
תוצאות העיתון הזה הן שיאן של יותר משני עשורים של עבודה, שראשיתה בפגישה במאי 1994, אז טינג וכמה פיסיקאים אחרים נסעו לבקר את דניאל גולדין, אז מנהל נאס"א. המטרה: לשכנע את גולדין להניח מגנט לתחנת החלל הבינלאומית (ISS), שתתחיל לבנות ארבע שנים אחר כך, בשנת 1998. ללא מגנט, החלקיקים הקוסמיים פשוט היו עוברים דרך כל גלאי בקו ישר, בלי לתת מידע על הנכסים שלהם, אמר טינג.
גולדין "הקשיב בזהירות", אמר טינג. "הוא אמר שזה רעיון טוב לניסוי לתחנת החלל. אבל איש מעולם לא הכניס מגנט לחלל, מכיוון שמגנט בחלל - מכיוון שהוא מתקשר עם השדה המגנטי של כדור הארץ - יפיק מומנט ותחנת החלל תאבד שליטה . זה ממש כמו מצפן מגנטי. "
כדי להימנע מסיבוב ה- ISS מהשמיים, בנו טינג ומשתפי הפעולה את מכשיר ה- Alpha Magnetic Spectrometer (AMS): גלאי חלקיקים מדויק כמו אלה שפרמילאב ו- CERN, אך ממוזערים והונחו בתוך צינור מגנטי חלול. באופן קריטי, שני חצאי הצינור קוטבים הפוכים, ולכן הם מומנטים את תחנת החלל לכיוונים מנוגדים, ומבטלים זה את זה, אמר טינג.
בשנת 2011 רכב ה- AMS לרכב לחלל במעבורת החלל Endeavour, המשימה השנייה אחרונה של כלי השיט. ובמשך רוב העשור האחרון ה- AMS גילה בשקט 100 מיליארד קרניים קוסמיות.
בסופו של דבר, טינג וצוותו מקווים להשתמש בנתונים אלה כדי לענות על שאלות מאוד ספציפיות על היקום, אמר. (אם כי זה יכול לענות גם על שאלות ארציות יותר, כמו אילו חלקיקים עשויים להפיל אסטרונאוטים בדרכם למאדים.)
"אנשים אומרים 'מדיה בין-כוכבית'. מה זה מדיה בין-כוכבית? מה הרכוש? אף אחד לא באמת יודע," אמר טינג. "תשעים אחוז מהחומר ביקום שאתה לא יכול לראות. לכן אתה קורא לזה חומר אפל. והשאלה היא: מה זה חומר אפל? עכשיו כדי לעשות זאת, אתה צריך למדוד פוזיטרונים, אנטי פרוטונים, אנטי -ליום, וכל הדברים האלה. "
טינג אמר כי באמצעות מדידות מדוקדקות של החומר ואנטי-חומר המגיעים לקרניים קוסמיות משניות, הוא מקווה להציע לתיאורטיקנים את הכלים הדרושים לתיאור החומר הבלתי נראה ביקום - ובאמצעות תיאור זה, להבין מדוע היקום מורכב מחומר ב הכל, ולא אנטי-חומר. פיזיקאים רבים, כולל טינג, מאמינים כי חומר אפל יכול להיות המפתח לפיתרון הבעיה.
"בהתחלה חייבת להיות כמות שווה של חומר ואנטי חומר. אז, השאלות: מדוע היקום לא מורכב מאנטי חומר? מה קרה? האם יש אנטי הליום? אנטי פחמן? אנטי חמצן? איפה האם הם?"
Live Science פנה למספר תיאורטיקנים שעבדו על חומר אפל כדי לדון בעבודתו של טינג ובמאמר זה, ורבים הזהירו כי תוצאות AMS עדיין לא שופכו אור רב על הנושא - בעיקר מכיוון שהמכשיר טרם ביצע מדידות נוקשות של חלל. אנטי חומר (אם כי היו כמה תוצאות מוקדמות מבטיחות).
קייטי מאק, אסטרופיזיקאי מאוניברסיטת צפון קרוליינה, כתבה במייל והוסיפה כי "כיצד קרניים קוסמיות נוצרות ומתפשטות היא בעיה מרתקת וחשובה שיכולה לעזור לנו להבין את המדיום הבין-כוכבי, ואולי גם פיצוצים בעלי אנרגיה גבוהה בגלקסיות אחרות". ש- AMS הוא חלק קריטי בפרויקט זה.
יתכן ש- AMS יביא לתוצאות אנטי-חומר משמעותיות, מאומתות יותר, אמר מאק, או שאיתור החומרים - כמו אלה שתוארו במאמר זה - יעזור לחוקרים לענות על שאלות הנוגעות לחומר אפל. אבל זה עדיין לא קרה. "אבל בחיפוש אחר החומר האפל," אמרה לליבי מדע, "הדבר החשוב ביותר הוא מה הניסוי יכול לספר לנו על אנטי-חומר, כי זה חומר אפל להשמיד לזוגות-חומר אנטי-חומר שהוא מחפש אות מפתח. "
טינג אמר שהפרויקט מגיע לשם.
"אנו מודדים פוזיטרונים. והספקטרום דומה מאוד לספקטרום התיאורטי של החומר האפל. אבל אנו זקוקים ליותר סטטיסטיקות כדי לאשר, והשיעור הוא נמוך מאוד. אז, אנחנו רק צריכים לחכות לכמה שנים," אמר טינג.
