Восемь лет назад Международная космическая станция обнаружила странные частицы антиматерии, которые бросают вызов всему нашему пониманию физики. Теперь исследователи предположили, что таинственные космические «огненные шары» могут помочь объяснить обнаружение.
Частицы, представляющие собой антиматерию ядер гелия, могли быть созданы космическими шаровыми молниями, и физики не могут объяснить, как образовались эти шаровые молнии, используя Стандартную модель — теорию, описывающую целый зоопарк субатомных частиц.
Все элементарные частицы имеют соответствующие античастицы с противоположными электрическими зарядами, которые аннигилируют друг с другом при контакте. Теория предполагает, что половина материи во вселенной должна была быть антиматерией, что означало бы, что вселенная уничтожила бы себя вскоре после Большого взрыва.
Однако антиматерия во Вселенной редка и скоротечна. Хотя ускорители частиц могут генерировать античастицы посредством столкновений протонов и электронов, а специальные детекторы наблюдают античастицы из высокоэнергетических космических столкновений, таких как взрывы сверхновых, они обычно дают только отдельные античастицы, такие как позитроны (антиэлектроны) и антипротоны.
Однако около восьми лет назад альфа-магнитный спектрометр (AMS-02) на борту МКС обнаружил около 10 ядер антигелия. Эти ядра состояли из двух антипротонов и одного или двух антинейтронов (для версий антигелия-3 и антигелия-4 соответственно). Если это подтвердится в ходе дальнейшего анализа, это открытие бросит вызов Стандартной модели физики элементарных частиц
Согласно Стандартной модели, для создания антигелия-4 необходимо, чтобы по крайней мере три или четыре антипротона и антинейтрона находились достаточно близко друг к другу и двигались достаточно медленно, чтобы держаться вместе, рассказал соавтор исследования Майкл А. Феддерке из Института теоретической физики Периметра в Канаде. Исходя из этих требований, один антигелий-4 будет производиться на каждые 10 000 антигелий-3.
«Самое интересное в событиях-кандидатах AMS-02 заключается в том, что данные, по-видимому, согласуются с примерно одним событием антигелия-4 на каждые два-три события антигелия-3», — сказал Феддерке. Это намного превышает то, что предсказывает Стандартная модель.
В исследовании, опубликованном в журнале Physical Review D, команда попыталась объяснить это несоответствие с помощью гипотетических объектов, называемых огненными шарами. Эти огненные шары могут быть результатом не наблюдаемых в настоящее время явлений, таких как столкновение чрезвычайно плотных сгустков темной материи — загадочной субстанции, которая составляет около 80% материи Вселенной, но не взаимодействует со светом, поэтому не может наблюдаться напрямую.
«Огненный шар — это плотная, энергичная область пространства, содержащая большое количество античастиц», — рассказал соавтор исследования Анубхав Матур из Университета Джонса Хопкинса. «После образования он расширяется со скоростью, близкой к скорости света, высвобождая антипротоны, антинейтроны и антигелий в окружающую среду. Антиядра затем движутся наружу, и некоторые из них достигают Земли, где их можно обнаружить».
Исследователи смоделировали огненные шары разных размеров и поведения. Они обнаружили, что если огненные шары были большими, «составными» объектами, состоящими из множества частиц темной материи, то количество ядер антигелия, которые они производили, хорошо соответствует предварительным результатам, обнаруженным на борту МКС, сказал Феддерке.
Хотя эти результаты многообещающие, они все еще предварительные и требуют дальнейшей проверки. Последующие исследования помогут определить, верна ли их гипотеза.
«Что касается наблюдений, мы с нетерпением ждем, когда AMS-02 завершит анализ потенциальных антигелиевых событий, а также получения дополнительных данных в будущем, которые могут пролить свет на эту загадку», — сказал Феддерке.
Феддерке добавил, что проект General AntiParticle Spectrometer (GAPS), в рамках которого в конце этого года над Антарктидой будет запущен воздушный шар для обнаружения космических лучей антиматерии, включая ядра антигелия, также может пролить свет на этот вопрос.
