Óriási lépés a sötét anyag kutatásában

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.

A galaxisok szerkezetét és forgását is csak a sötét anyaggal lehet kielégítően magyarázni

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.)

Az AMS az űrállomás külső felületén

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 (a tanulmányt a Physical Review Lettersben közlik majd).

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.

Az AMS szerelése még a Földön