Sötét anyagra utaló jeleket talált az űrdetektor

A Nemzetközi Űrállomás fedélzetén működő Alfa mágneses spektrométer mérései alapján a tudósok megtalálták az első jelentős utalást a rejtélyes sötét anyag létezésére. A láthatatlan anyag a világegyetem több mint 25 százalékát tölti ki.

 

Hosszú évek óta hiába keresik a csillagászok a Világegyetem jelentős részét alkotó sötét anyagot, de most változik a helyzet: a CERN közölte az első eredményeket a Nemzetközi Űrállomás fedélzetén működő részecskedetektortól.

Az Univerzumnak körülbelül egynegyedét az úgynevezett sötét anyag alkotja, amely nem világít, de nem is nyeli el a fényt. Létezését régóta számos csillagászati megfigyelés bizonyítja. Így például a galaxisok megfigyelt mozgásának magyarázatához nem elegendő a látható, elektromágneses sugárzást kibocsátó anyag gravitációs hatása. Számos törpegalaxis sem maradna egyben eme láthatatlan tömeg gravitációs segítsége nélkül. Távoli galaxishalmazok a még messzebb lévő objektumok sugárzását az úgynevezett gravitációs lencsehatás révén úgy térítik felénk, amelynek alapján kiderül, hogy a halmazok tömege lényegesen nagyobb annál, mint ami látható belőlük. Mindezek felett több elméleti modell utal a láthatatlan tömeg létére.
Egyelőre nem világos, hogy miből áll a sötét anyag, de az egyik legnépszerűbb elmélet szerint úgynevezett szuperszimmetrikus részecskékből. A szuperszimmetria elmélete szerint minden részecskének (például protonoknak, elektronoknak stb.) van egy szuperszimmetrikus partnere. A kétféle részecsketípus között csak gravitációs kölcsönhatás lép fel. A szuperszimmetrikus részecskék azonosítása CERN-ben üzemelő Nagy Hadronütköztetőnek egyik potenciális célja, amit a gyorsító 2015-ös újraindítása után érhetnek el.

Az általunk ismert részecskékhez hasonlóan a szuperszimmetrikus részecskék is könnyebb részecskékre bomlanak. Az elmélet szerint a bomlási sor végén álló, legkönnyebb szuperszimmetrikus részecskék alkotnák a sötét anyagot. Ezek különleges tulajdonsága, hogy saját maguk antirészecskéi, és ha két ilyen részecske összeütközik, akkor más részecskék, végső soron pozitronok és elektronok jönnek létre.

Mivel elektronok sok más forrásból is érkeznek, nagyon érdekes kérdés, hogy mennyi pozitron van az Univerzumban, és ezeknek milyenek a tulajdonságai? Többek között ennek mérésére szolgál az Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) nevű műszer, amelyet még az Endeavour űrrepülőgép szállított fel a Nemzetközi Űrállomás (ISS) fedélzetére. A berendezés az űrállomás külső felületén kapott helyet, és a vele találkozó részecskék tömegét, sebességét, típusát és töltését is pontosan meg tudja határozni, érzékenysége és pontossága felülmúlja a régebbi, de a Földön elhelyezett érzékelőkét. (Nagyon fontos, hogy az űrben lévő műszer működését nem zavarja a földi légkör, amely részben elnyeli a beérkező pozitronokat, ugyanakkor keletkezhetnek is pozitronok benne.

Zápor az űrből a Földre

Samuel Ting Nobel-díjas részecskefizikus, a Massachussettsi Műszaki Egyetem (MIT) professzora és kutatócsoportja a kétmilliárd dolláros űrdetektorral több milliárd kozmikus sugarat regisztrálva pozitronok többletét észlelte a világűrben, amelyek minden irányból "záporoznak" a Földre.

A 2011 májusában a Nemzetközi Űrállomásra juttatott részecskefizikai kutatóeszköz a kozmikus sugárzás mérésével kutat a sötét anyag és az antianyag után. Az Alfa mágneses spektrométer (AMS) kifejlesztését és megépítését az Európai Nukleáris Kutatási Szervezet (CERN) végezte Samuel Ting javaslatára. A CERN genfi kutatóközpontjában szerda este tartott előadásában Ting bejelentette, hogy a nemzetközi kutatócsoport tagjai a kozmikus sugárzás mérési adatait elemezve észlelték a sötét anyag által hagyott első lehetséges fizikai nyomot.

Működésének első 18 hónapjában az AMS 30 milliárd kozmikus sugarat regisztrált, köztük 400 ezer pozitront (az elektron antirészecskéje) - ez sokkal pontosabb adatokkal szolgál a tudósoknak, mint bármilyen, a Földön elvégzett kísérlet. A következő hónapokban a CERN által épített űrdetektor "képes lesz perdöntően megmondani nekünk, hogy ezek a pozitronok a sötét anyag jelei-e, vagy más forrásból származnak" - hangoztatta Ting professzor. Lehetségesnek nevezte, hogy az észlelt pozitronok pulzárokból, gyorsan forgó neutroncsillagokból érkeznek.

Napjaink fizikájának egyik legfontosabb rejtélye a sötét anyag jelenléte, amelyet gyakran az univerzumban lévő több millió galaxis "építészének" neveznek, mert gravitációja alakítja ezeket a képződményeket. A sötét anyag jelenlétére a szakemberek egyebek között a galaxisok forgási görbéjének a megfigyeléséből következtethetnek.

Mindeddig azonban sikertelennek bizonyultak azok a Földön, mélyen a föld alatt végzett kísérletek, amelyek a sötét anyag konkrét bizonyítékát keresték. "Ez egy 80 éves detektívtörténet, de közel járunk a végéhez. Az AMS-től kapott adatok további elemzése választ adhat a talányra"- hangoztatta Michael Tunes, a Chicagói Egyetem fizikusa. A nemzetközi kutatócsoport a Physical Review Letters szakfolyóiratban tette közzé tanulmányát az Alfa mágneses spektrométer kutatásainak első eredményeiről.

Jön az új fizika?

Az AMS-t a CERN-ből irányítják, itt van a vezérlőterme, és itt jelentették be április 3-án, magyar idő szerint 17 órakor az AMS első másfél éves adatgyűjtésének eredményeit. Ezek szerint az észlelt pozitronok minden irányból érkeznek, ahogyan azt a szuperszimmetrikus sötét anyag elmélet is jósolja, azaz nem egy-egy kitüntetett forrásból, példul a Napból. Másrészt az észlelt pozitronok energiaeloszlása kitűnően illeszkedik az elmélet előrejelzéseihez - magyarázza Horváth Dezső, a Debreceni Egyetem professzora, az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont tudományos tanácsadója.

Mindezek alapján komolyan felmerült annak lehetősége, hogy az AMS valóban "új fizikát" talált, azaz olyan pozitronokat, amelyek szuperszimmetrikus részecskék bomlásából származnak. Ezzel pedig közelebb kerülhetünk a rejtélyes sötét anyag terészetének magyarázatához is. A további adatok elemzésével ki kell zárni annak lehetőségét, hogy a pozitronoknak mégis más a forrása, például olyan pulzárok (gyorsan forgó neutroncsillagok), amelyek egyenletesen oszlanak el az észlelési területen.

(http://richpoi.com/cikkek/tudomany/sotet-anyagra-utalo-jeleket-talalt-az-urdetektor.html )