В 2011 году на Международной космической станции (МКС) был установлен альфа-магнитный спектрометр (AMS-02) с амбициозной миссией: обнаружить частицы антивещества в космических лучах. В конце 2013 года первые результаты показали интригующие аномалии, которые бросили вызов знаниям, установленным Стандартной моделью физики частиц. В частности, AMS-02 зафиксировал явления антигелия, особенно редкого типа частиц антивещества. Эти наблюдения тем более удивительны, что они предполагают гораздо более высокую частоту обнаружения, чем предсказывает Стандартная модель, которая постулирует, что во Вселенной должен существовать баланс между материей и антиматерией. Баланс, которого, похоже, не существует. В новом исследовании ученые выдвинули гипотезу о «космических огненных шарах», чтобы объяснить происхождение античастиц, обнаруженных на МКС, и, возможно, проложить путь к новой физике.
Недавно в новом исследовании была предпринята попытка объяснить эти интригующие наблюдения. Ранее в отдельном исследовании под руководством Вивиан Пулен из Университета Монпелье рассматривалось возможное происхождение антигелиевых событий, обнаруженных AMS-02. Анализ, доступный на сайте arXiv с 2018 года, позволил предположить, что эти события могут происходить из регионов с преобладанием антивещества, таких как антиоблака или антизвезды.
Гипотеза космического огненного шара
В новом исследовании, опубликованном 21 июня 2024 года в журнале Physical Review D, основной гипотезой, выдвинутой исследователями для объяснения этих наблюдений, является гипотеза космических огненных шаров. Считается, что эти гипотетические явления являются результатом чрезвычайно энергичных столкновений темной материи — загадочного вещества, составляющего почти 27 % Вселенной. Во время таких столкновений образуются чрезвычайно плотные и энергичные области, в которых могут в изобилии образовываться античастицы, такие как антигелий.
«После образования эти огненные шары разлетаются со скоростью, близкой к скорости света, выбрасывая в окружающее пространство антипротоны, антинейтроны и антигелий«, — рассказывает Live Science Анубхав Матур, аспирант Университета Джонса Хопкинса.
В новом исследовании ученые использовали современные полуаналитические инструменты для моделирования космических огненных шаров. Результаты показывают, что эти явления могут производить значительное количество антивещества, включая антигелий-4. Говоря простым языком, космический огненный шар — это чрезвычайно плотная и энергичная область. Когда эти огненные шары становятся оптически тонкими, они высвобождают различные ядра антиматерии, объясняют исследователи в своем исследовании.
АМС-02 установленный на МКС.
Моделирование показало, что соотношение этих ядер согласуется с наблюдениями AMS-02. Например, обилие антигелия-4 следует предсказуемой иерархии, согласующейся с начальными условиями огненного шара. Численные результаты указывают на то, что обилие ядер антигелия-4 согласуется с наблюдениями AMS-02, что усиливает гипотезу о том, что эти явления могут лежать в основе детектирования AMS-02.
Последствия для физики частиц
Последствия этого открытия могут потребовать фундаментального пересмотра Стандартной модели физики частиц. Результаты AMS-02 в сочетании с будущими открытиями, сделанными дополнительными миссиями, такими как GAPS, могут открыть новые направления исследований.
Для подтверждения этих открытий готовятся дополнительные миссии. Проект General AntiParticle Spectrometer (GAPS) предусматривает запуск воздушного шара над Антарктидой для обнаружения космических лучей антиматерии. Эта миссия может предоставить дополнительные ключевые данные для подтверждения или опровержения гипотезы космических огненных шаров.
Тем временем физики продолжают анализировать данные с AMS-02. «Мы с нетерпением ждем, когда AMS-02 завершит анализ событий, связанных с антигелием, и в будущем получит дополнительные данные, которые могут пролить свет на эту загадку«, — сказал Майкл А. Феддерке, соавтор исследования и постдокторский исследователь из Института теоретической физики Периметра в Канаде.
Как бы то ни было, предварительные результаты многообещающие, но необходимы дальнейшие наблюдения и анализы, чтобы подтвердить эти открытия и понять их значение. Обнаружение антигелия на МКС вполне может стать первой подсказкой к до сих пор неизвестной физике.
