To PAMELA επιβεβαιώνει την περίσσεια ποζιτρονίων.

Καλλιτεχνική απεικόνιση της Pamela

Η ευρωπαϊκή συνεργασία PAMELA δημοσίευσε νέα δεδομένα σχετικά με το μυστηριώδες πλεόνασμα ποζιτρονίων που διαπερνούν το διάστημα. Τα δεδομένα, τα οποία περιγράφουν την πρώτη έρευνα αυτής της συνεργασίας σε απόλυτους πλέον αριθμούς ποζιτρονίων, θα μπορούσε να βοηθήσει στη βελτίωση των θεωρητικών μοντέλων - συμπεριλαμβανομένων εκείνων που εξηγούν την περίσσεια ως αποτύπωμα της σκοτεινής ύλης.

Το PAMELA (Payload for Antimatter/Matter Exploration and Light-nuclei Astrophysics) είναι ένας δορυφόρος που ξεκίνησε το 2006 από τα ιδρύματα στη Γερμανία, την Ιταλία, τη Ρωσία και τη Σουηδία να εξετάσει τη φύση των αντισωματίδια στις κοσμικές ακτίνες. Τα πρώτα αποτελέσματα, που δημοσιεύθηκε το 2008, αποκάλυψε ένα εκπληκτικό χαρακτηριστικό: μια σταθερή αύξηση στην αναλογία των ποζιτρονίων με τα ηλεκτρόνια πάνω από μια ενέργεια περίπου 10 GeV. Αυτό είναι αντίθετο με τους βασικούς θεωρητικούς υπολογισμούς, οι οποίοι προβλέπουν ότι τα ποζιτρόνια θα πρέπει να έχουν μειωθεί.

Οι θεωρητικοί έχουν προτείνει διάφορες εξηγήσεις για την αύξηση των ποζιτρονίων. Το πιο συναρπαστικό αφορά τη σκοτεινή ύλη, μια απατηλή ουσία που αλληλεπιδρά με τη βαρύτητα, αλλά δεν είναι το φως και εκτιμάται ότι αποτελεί σχεδόν το 85% του συνολικού ποσού της ύλης στο σύμπαν. Σύμφωνα με πολλά θεωρητικά μοντέλα, σωματίδια της σκοτεινής ύλης μπορεί να εξολεθρεύουν το ένα το άλλο, δημιουργώντας έτσι ηλεκτρόνια και ποζιτρόνια. Σε χαμηλές ενέργειες, ηλεκτρόνια από άλλες αστροφυσικές πηγές θα ξεπερνούσαν εύκολα αυτές των ποζιτρονίων, αλλά με την αύξηση της ενέργειας, αυτά τα ηλεκτρόνια θα τελειώσουν, αφήνοντας τον αριθμό των ηλεκτρονίων και ποζιτρονίων για να εξισορροπήσει, όπως παρατήρησε το PAMELA.

Περιστρεφόμενα αστέρια

Μια άλλη εξήγηση είναι ότι τα ποζιτρόνια δημιουργούνται από περιστρεφόμενα άστρα γνωστά ως πάλσαρ. Και όμως, το θέμα είναι ότι η ομάδα PAMELA έχει παρεξηγηθεί για το πείραμα της. Η παρερμηνεία φαίνεται σχεδόν εντελώς απίθανη, διότι στις αρχές του περασμένου έτους οι φυσικοί που χρησιμοποιούν το διαστημικό τηλεσκόπιο Fermi της NASA Gamma-ray  επιβεβαίωσαν ότι είχαν εντοπιστεί επίσης μια άνοδο του ποσοστού ποζιτρονίων σε ενέργειες μεταξύ 20 και 100 GeV. Στη συνέχεια, τον Απρίλιο του τρέχοντος έτους, τα δεδομένα από το πείραμα του Μαγνητικού Φασματόμετρου Άλφα (AMS) στο Διεθνή Διαστημικό Σταθμό αποκάλυψε περίσσεια ποζιτρονίων.

Τα τελευταία στοιχεία του PAMELA, που ελήφθησαν μεταξύ Ιουλίου 2006 και Δεκεμβρίου 2009 περιλαμβάνουν τρεις φορές τον αριθμό των ποζιτρονίων, σε σχέση με το προηγούμενο δείγμα. Ίσως το πιο σημαντικό, ωστόσο είναι ότι, τα στοιχεία αυτά περιλαμβάνουν απόλυτους αριθμούς ποζιτρονίων, όχι μόνο την ποσόστωση. "Αν θέλετε να κατανοήσουμε τους μηχανισμούς που θα μπορούσαν να συνδέονται με την [περίσσεια ποζιτρονίων], τότε είναι ενδιαφέρον να πάρετε το ποσό των ποζιτρονίων από μόνο του", λέει ο Mirko Boezio, επικεφαλής της ανάλυσης PAMELA που βασίζεται στο Εθνικό Ινστιτούτο Πυρηνικής Φυσικής στο Πανεπιστήμιο της Τεργέστης, Ιταλία.

Η μέτρηση σε απόλυτους αριθμούς των ποζιτρονίων δεν είναι εύκολη. Κυρίως, η μέτρηση απαιτεί ακριβείς εκτιμήσεις για τον αριθμό των ποζιτρονίων που χάνονται λόγω των ανεπαρκειών στην ανίχνευση - σε αντίθεση με τη μέτρηση του σχετικού αριθμού ποζιτρονίων- προς -ηλεκτρόνια. Το PAMELA δεν είναι η πρώτη συνεργασία για να κάνει μια απόλυτη μέτρηση: έχει πραγματοποιηθεί πειράματα και από το Fermi Gamma-ray Space Telescope. Ωστόσο, η μέτρηση του PAMELA είναι πιο ακριβή και μπορεί, σύμφωνα με τον Boezio, που βοηθά τους θεωρητικούς να αποκλείσουν άλλα ανταγωνιστικά μοντέλα.

Μια σκιά στη σκοτεινή ύλη

Ο θεωρητικός επί των σωματιδίων Subir Sarkar του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης στη Βρετανία είναι λέει ότι η τελευταία μέτρηση του Pamela για τα ποσοστά ποζιτρονίων ταιριάζει πολύ με την πρόσφατη μέτρηση από την AMS. Επισημαίνει, ωστόσο, ότι η σχέση μεταξύ του κλάσματος ποζιτρονίων και της ενέργειας φαίνεται να μην είναι ένα επικρατέστερο σενάριο."Μια εξήγηση από την άποψη της σκοτεινής ύλης είναι μάλλον σκηνοθετημένη, δεδομένου ότι απαιτεί σωματίδια μάζας TeV / c2  με εξαιρετικά ενισχυμένο ρυθμό εξαφάνισης πάνω από τη συνηθισμένη προσδοκία, [και] η οποία δεν παράγει κανένα αντιπρωτόνιο! " λέει.

Ο Sarkar πιστεύει ότι μια αστροφυσική πηγή ποζιτρονίων είναι πιο πιθανή - αλλά όχι πάλσαρ. Αντ' αυτού, ο ίδιος πιστεύει ότι οι κοσμικές ακτίνες θα μπορούσαν να παράγουν ποζιτρόνια κατά την αλληλεπίδρασή τους με τα κρουστικά κύματα ενός σουπερνόβα, το οποίο πηγαίνει για να επιταχύνει τα ίδια τα ποζιτρόνια. Αν ναι, λέει, οι αναλογίες ορισμένων πυρήνων στις κοσμικές ακτίνες θα είναι πάρα πολύ διαφορετική από τις προσδοκίες. Για παράδειγμα, ο άνθρακας θα σπάσει σε βόριο, οδηγώντας σε μια ενισχυμένη αναλογία βορίου προς άνθρακα σε υψηλές ενέργειες.

Όποια και αν είναι η τελική κατανόηση της αύξησης των ποζιτρονίων, όμως, είναι σαφές ότι η συνεργασία PAMELA έδωσε στους θεωρητικούς επί των σωματιδίων πολλά για να ασχοληθούν. Ο θεωρητικός Marco Cirelli του Ινστιτούτου Θεωρητικής Φυσικής στο CEA / Saclay, κοντά στο Παρίσι, αποτίει φόρο τιμής στα αποτελέσματα. "Είναι ένα μεγάλο επίτευγμα ενός πειράματος και μια συνεργασία που έχει πραγματοποιηθεί πολύ καλά, και έχει αποδοθεί πολύ καλά", λέει.

Πηγή, physicsworld

Απόδοση, Δ. Γιάκας