Вісім років тому на МКС знайшли частинки антиматерії, а тепер вчені говорять про нову фізику

Таємниче відкриття та можлива невідома фізика

Частинки, антиматеріальні протилежності ядер гелію, могли бути утворені так званими "космічними вогняними кулями", як їх назвали вчені. Фізики не можуть пояснити, як ці вогняні кулі утворилися, використовуючи загальноприйняту Стандартну модель, яка описує всю відому нам колекцію субатомних частинок.

Дивіться також Колишні керівники космічних агентств закликають не знищувати МКС: яка альтернатива

Всі елементарні частинки мають відповідні античастинки з протилежними електричними зарядами, які при зіткненні анігілюють (знищують) одна одну. Теорія припускає, що половина матерії у Всесвіті мала б складатися з антиматерії, що означало б, що Всесвіт знищив би себе сам невдовзі після Великого вибуху. Але цього, як можна зрозуміти, не сталося, а сама антиматерія у Всесвіті є дефіцитною і швидкоплинною. Хоча прискорювачі частинок можуть генерувати дрібні античастинки через зіткнення протонів та електронів, а спеціальні детектори спостерігають античастинки від високоенергетичних космічних зіткнень, наприклад, від вибухів наднових, вони зазвичай дають лише поодинокі елементи, такі як позитрони (антиелектрони) та антипротони.

Однак альфа-магнітний спектрометр (AMS-02) на борту МКС виявив близько 10 ядер антигелію вісім років тому. Ці ядра складалися з двох антипротонів і одного або двох антинейтронів (для версій антигелію-3 і антигелію-4 відповідно). Якщо відкриття буде підтверджено подальшим аналізом, воно кине виклик Стандартній моделі фізики елементарних частинок.

Згідно зі Стандартною моделлю, створення антигелію-4 вимагає, щоб принаймні три або чотири антипротони і антинейтрони знаходилися досить близько один до одного і рухалися досить повільно, щоб злипнутися, повідомив співавтор дослідження Майкл А. Феддерке з Інституту теоретичної фізики "Периметр" у Канаді. Виходячи з цих вимог, один антигелій-4 буде вироблятися на кожні 10 000 антигелію-3.

Найцікавіше в подіях-кандидатах AMS-02 полягає в тому, що дані, схоже, узгоджуються приблизно з однією подією антигелію-4 на кожні дві-три події антигелію-3. Це набагато більше, ніж передбачає Стандартна модель,
– каже Феддерке.

У новому дослідженні, опублікованому 21 червня в журналі Physical Review D, команда спробувала пояснити цю розбіжність за допомогою гіпотетичних об'єктів, які називаються вогняними кулями. Ці вогняні кулі можуть виникати внаслідок неспостережуваних нині явищ, таких як зіткнення надзвичайно щільних згустків темної матерії – загадкової невидимої речовини, яка за припущеннями становить близько 80% матерії Всесвіту, але не взаємодіє зі світлом, тому не може бути безпосередньо спостереженою.

"Вогняна куля – це щільна, енергійна область простору, що містить велику кількість античастинок. Після утворення вона розширюється зі швидкістю, близькою до швидкості світла, випускаючи в навколишнє середовище антипротони, антинейтрони та антигелій. Антиядра згодом вилітають назовні, і деякі з них досягають Землі, де їх можна виявити", – пояснює співавтор дослідження Анубхав Матур з Університету Джона Хопкінса.

Дослідники змоделювали вогняні кулі різних розмірів і поведінки. Вони виявили, що якщо вогняні кулі були великими, "складеними" об'єктами, що складалися з багатьох частинок темної матерії, то кількість ядер антигелію, які вони утворювали, добре узгоджувалася з попередніми результатами, виявленими на борту МКС.

Дивіться також Це змінює все: учені шоковані відкриттям "темного кисню", що міг зіграти роль у зародженні життя

Хоча ці висновки є багатообіцяючими, вони все ще є попередніми і потребують подальшої перевірки. Майбутні дослідження допоможуть визначити, чи їхня гіпотеза правильна.

До речі, пролити світло на це питання також має шанси проєкт "Загальний спектрометр античастинок" (GAPS), в рамках якого наприкінці цього року над Антарктидою буде запущено аеростат для виявлення космічних променів антиречовини, в тому числі ядер антигелію.