Experimentul AMS, situat la bordul ISSului (International Space Shuttle), a măsurat un exces de antimaterie, şi anume de pozitroni, provenind din spaţiu. Care să fie cauza acestui exces? Una dintre ipoteze este legată de materia întunecată – pozitronii ar putea proveni din anihilarea particulelor şi antiparticulelor de materie întunecată. Explicaţia însă ar putea să fie mai simplă şi...oarecum mai banală.

Experimentul AMS (Alpha Magnetic Spectrometer) a fost lansat şi instalat la bordul ISSului în 2011. Acest experiment, care a costat circa 2 miliarde de $, măsoară particulele care provin din spaţiu cu mare precizie; prezenţa unui magnet în cadrul aparatului ajută enorm, întrucât permite determinarea semnului sarcinilor electrice ale particulelor. Colaborarea AMS, condusă de Samuel Ting (laureat al premiului Nobel), a efectuat în aceşti 3 ani o serie de măsurători extrem de importante.

De ce anume este util să măsurăm particulele în spaţiu şi nu pe Pământ? Atmosfera Pământului absoarbe parte din particule sau le „deformează” caracteristicile – particulele care provin din Univers şi au energii foarte mari interacţionează cu nucleele atomilor din atmosfera generând cascade de alte particule. Ceea ce putem măsură de pe sol sunt aceste cascade. Dacă însă particulele iniţiale sunt antiparticule, cu ar fi cazul antiparticulei electronului, pozitronul, acestea nu ajung deloc la sol – întrucât vor fi anihliate de electronii pe care-i întâlnesc în atmosfera.

Obiectivul AMSului este acela de a efectua măsurători de particule în afară atmosferei – reuşind în acest fel să caputereze semnale „pure”.

Ce anume a măsurat AMS?

Un exces de pozitroni faţă de ceea ce ne aşteptăm.

La energii mai mari de circa 8 GeV (1 GeV este o unitate de energie care corespund aproximativ masei protonului) în spectrul pozitronilor se numără mai mulţi pozitroni decât erau prevăzuţi de fenomenele pe care le cunoaştem. Acest exces ajunge la un maxim la energii de 275 GeV, după care decreste.

Care sunt procesele ce generează aceşti pozitroni?

Una dintre ipoteze, cea mai atrăgătoare, este cum că pozitronii ar fi generaţi de anihliarea particulelor de materie întunecată cu antiparticule de materie întunecată. Nu vedem deci materia întunecată, însă vedem consecinţele proceselor care au loc în lumea misterioasă a materiei întunecate.

Reamintim că materia întunecată este o formă de materie care exercită forţă gravitaţională la nivel de galaxii şi grupări de galaxii, care ar trebui să fie de circa 5 ori mai mare cantitativ decât materia normală la nivelul Universului. Se bănuieşte că ar fi alcătuită din particule pe care încă nu le-am descoperit, dar pe care le căutăm de zor în experimente subterane sau la marele accelerator de la Geneva, LHC, care va reporni în 2015 vânătoarea unor noi particule.

AMS confirmă descoperirea făcută de experimentul PAMELA, care a văzut acest exces de pozitroni acum câţiva ani, însă cu precizie mai mică decât AMS.

Suntem deci siguri că am văzut semnale emise de materia întunecată?

Nu – nu este chiar aşa. O explicaţie alternativă ar putea fi cea care vede pozitronii generaţi în urmă proceselor care au loc în pulsări (stele de neutroni). O explicaţie mult mai puţin exotică.

Dacă totuşi excesul de pozitroni este cauzat de materia întunecată, ţinând cont de energia acestora, s-a calculat că masă particulelelor materiei întunecată ar trebui să fie în jut de 1 TeV (cam cât o mie de protoni!). Atunci LHC ar avea şanse să descopere aceste particule în următorii ani. LHC a fost îmbunătăţit în 2014; din 2015 va reporni cu energii ale fasciculelor de protoni mai mari decât cele care au permis descoperirea bosonului Higgs şi cu un număr de interacţiuni pe secundă mai ridicat.

În timp ce LHC va încerca să pună mâna pe noi particule, AMS va continuă să achiziţioneze date şi să efectueze măsurători de precizie ale particulelor care provin din spaţiu.

Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi colaborator al Scientia.ro