Новые наблюдения указывают на избыток позитронов высоких энергий

Новые наблюдения указывают на избыток позитронов высоких энергий

Александр Березин

Установленный на МКС магнитный альфа-спектрометр (AMS-02) — ультрасовременный детектор физических частиц — не так давно дал первые комплексные данные по частоте обнаружения позитронов среди частиц различных энергий.

Семитонный прибор стоимостью $1,5 млрд небезынтересен и сам по себе:



Группа учёных под руководством Сэмюэля Тинга из Массачусетского технологического института (США), работающая над анализом полученной информации, представила вчера промежуточные итоги. Г-н Тинг настроен весьма оптимистично: «В следующие месяцы AMS-02 даст нам окончательный ответ на вопрос о том, являются ли эти позитроны сигналом существования тёмной материи или же имеют другое происхождение». А вопрос значимый: по последним данным телескопа «Планк», тёмная материя (ТМ) составляет 26,8% от всей материи Вселенной.

МКС после установки магнитного альфа-спектрометра (здесь и ниже фото ESA).

На сегодня проанализирована информация по миллионам электронов и позитронов (античастиц электронов), 400 тыс. из которых находились в диапазоне 0,5–350 ГэВ. Зафиксирована следующая зависимость: с ростом энергии регистрируемых частиц доля позитронов в них (относительно электронов) устойчиво растёт. Выше 10 и вплоть до 250 ГэВ число позитронов уверенно увеличивалось, после чего рост замедлился. Важно: данные по такому распределению независимы для любого периода наблюдений спектрометра и любого выбранного направления. Почему же частиц антиматерии среди высокоэнергетических частиц больше, чем среди низкоэнергетических?

Некоторый избыток антиматерии в космических лучах, регистрацией которых занимается прибор, был замечен ещё два десятилетия назад, однако долгое время это никак не объяснялось. Теория суперсимметрии позволила некоторым учёным сделать вывод, что «лишние» позитроны могут образовываться, когда две частицы ТМ сталкиваются и аннигилируют. Если это так, то позитронный избыток должен быть одинаковым для всех направлений — то есть таким, каким его видит магнитный альфа-спектрометр. Предлагавшееся ранее объяснение лишних позитронов за счёт пульсаров придётся исключить, поскольку именно от пульсаров должно приходить больше позитронов, чего спектрометр не показывает.

Но только этого недостаточно для приписывания позитронов аннигиляции частиц ТМ, ведь должны соблюдаться и другие условия. Дело в том, что количество позитронов в этом случае будет нарастать вплоть до диапазона энергий, равного массе частиц тёмной материи. Если, как указывают полученные данные, выше 250 ГэВ рост доли позитронов прекращается, то это совпадет с предсказанием сторонников суперсимметрии, а масса частиц ТМ близка к 250 ГэВ, что примерно вдвое тяжелее, скажем, чем «частица, похожая на бозон Хиггса». Теоретически такое значение совпадает с предполагаемым диапазоном масс гипотетических вимпов — главных претендентов на роль так называемой холодной тёмной материи.

Аппарат перед отправкой на околоземную орбиту.

Практически же, увы, точность магнитного альфа-спектрометра по мере роста энергии частицы падает. Все данные по частицам, к примеру, выше 350 ГэВ пока очень неточны. И даже информация по прекращению роста доли позитронов выше 250 ГэВ статистически не слишком убедительна. Впрочем, учёные во главе с г-ном Тингом надеются, что ближайшие месяцы позволят определиться со статистикой именно по этому сектору. Другое дело, что на это могут уйти, вопреки оптимистичным прогнозам, скорее не месяцы, а годы.

Напомним, что наблюдения специфического радиоизлучения из ядра нашей Галактики довольно долго трактуются частью учёных как признак аннигиляции там частиц тёмной материи, в то время как другая часть научного сообщества успешно (по крайней мере в собственных глазах) дезавуирует эти предположения, указывая на недоказанность именно такого происхождения наблюдаемого излучения.

Конечно, случай с магнитным альфа-спектрометром во многом проще: на сверхновые или пульсары уже не кивнёшь, поэтому по мере накопления статистики стоит ожидать относительно неоспоримых свидетельств того, вызван ли избыток позитронов тёмной материей или чем-то ещё.

Отчёт об исследовании вскоре появится в журнале Physical Review Letters.

Подготовлено по материалам Европейского космического агентства.