Частицы антиматерии, обнаруженные на Международной космической станции (МКС), могут свидетельствовать о существовании неизвестной физики, как предполагает новое исследование.
Эти частицы, антиматериальные версии ядер гелия, возможно, были произведены космическими огненными шарами, — и физики, используя Стандартную модель, теорию, описывающую множество субатомных частиц, не могут объяснить, как эти огненные шары образовались.
Все элементарные частицы имеют соответствующие античастицы с противоположными электрическими зарядами, которые аннигилируют друг друга при контакте. Теория предполагает, что половина материи во Вселенной должна была быть антиматерией, что означало бы, что Вселенная уничтожила бы сама себя вскоре после Большого взрыва.
Тем не менее, антиматерия во Вселенной крайне немногочисленна и недолговечна. И хотя ускорители частиц могут создавать античастицы при столкновениях протонов и электронов, а специальные детекторы наблюдают античастицы от высокоэнергетических космических столкновений, таких как взрывы сверхновых, обычно удаётся обнаружить только одиночные античастицы, такие как позитроны (антиэлектроны) и антипротоны.
Тем не менее, около восьми лет назад Альфа Магнитный Спектрометр (AMS-02), установленный на МКС, обнаружил около 10 ядер антигелия. Эти ядра состояли из двух антипротонов и одного или двух антинейтронов (для антигелия-3 и антигелия-4 соответственно). Если это открытие будет подтверждено дальнейшими анализами, оно поставит под сомнение Стандартную модель физики частиц.
Согласно Стандартной модели, для образования антигелия-4 требуется, чтобы по крайней мере три или четыре антипротона и антинейтрона находились достаточно близко друг к другу и двигались достаточно медленно, чтобы прилипнуть друг к другу, рассказал Live Science соавтор исследования Майкл А. Феддерке (Michael A. Fedderke), постдокторант из Института передовой теоретической физики в Канаде. Исходя из этих требований, одно ядро антигелия-4 должно производиться на каждые 10 тыс. ядер антигелия-3.
«Самое интересное в событиях-кандидатах AMS-02 заключается в том, что данные, по-видимому, согласуются примерно с одним событием антигелия-4 на каждые два-три события антигелия-3», — сказал Феддерке.
Это значительно превышает предсказания Стандартной модели.
В новом исследовании, опубликованном 21 июня в журнале Physical Review D, команда попыталась объяснить это несоответствие с помощью гипотетических объектов, называемых огненными шарами. Эти огненные шары могли бы возникнуть в результате пока не наблюдаемых явлений, таких как столкновение чрезвычайно плотных скоплений тёмной материи — загадочного вещества, которое составляет около 80% материи во Вселенной, но не взаимодействует со светом и не может быть непосредственно наблюдаемо.
«Огненный шар — это плотная, энергетическая область пространства, содержащая большое количество античастиц, — сообщил Live Science соавтор исследования Анубхав Матхур (Anubhav Mathur), аспирант Университета Джонса Хопкинса. — После формирования он расширяется со скоростью, близкой к скорости света, высвобождая антипротоны, антинейтроны и антигелий в окружающую среду. Затем антиядра путешествуют наружу, и некоторые из них достигают Земли, где их можно обнаружить.»
Исследователи смоделировали огненные шары различных размеров и поведения. Они обнаружили, что если огненные шары были большими, «составными» объектами, состоящими из множества частиц тёмной материи, то количество произведённых ими ядер антигелия хорошо соответствует предварительным результатам, обнаруженным на МКС, сообщил Феддерке.
И хотя эти результаты обнадёживают, они всё ещё предварительны и требуют дальнейшей проверки. Последующие исследования помогут определить, действительно ли эта гипотеза верна.
«С точки зрения наблюдений, мы с нетерпением ожидаем завершения анализа кандидатных событий антигелия от AMS-02, а также сбора дополнительных данных в будущем, которые могут пролить свет на эту загадку», — сказал Феддерке.
Проект General AntiParticle Spectrometer (GAPS), в рамках которого позднее в этом году будет запущен воздушный шар над Антарктидой для обнаружения космических лучей антиматерии, включая ядра антигелия, также может пролить свет на этот вопрос, добавил Феддерке.
