A Nemzetközi Űrállomáson észlelt antianyag nem illik a standard modellbe

Antianyagot észleltek a Nemzetközi Űrállomás környezetében, ami utat nyithat a fizika új irányzatának.

Az antianyag, mint koncepció már 1928-ban megjelent a fizikában, mára pedig rég be is bizonyosodott a létezése. Amíg a sötét anyagra csak gravitációs teréből következtetnek a kutatók, addig az antianyagot mérni tudják, sőt létre is tudják hozni. De nem olyan formában, ahogy most érzékelték.

Egy új kutatás szerint a Nemzetközi Űrállomáson (ISS) észlelt antianyag részecskék ismeretlen fizika bizonyítékai lehetnek. A részecskéket a héliummagok antianyag-változatai, amelyeket kozmikus tűzgolyók állíthattak elő. A fizikusok nem tudják megmagyarázni, hogyan keletkeztek ezek a tűzgolyók a standard modell elmélet segítségével.

Antianyag: proton, elektron, neutron, csak fordítva

Minden elemi részecskének megfelelő ellentétes elektromos töltésű antirészecskéi vannak, amelyek érintkezéskor megsemmisítik egymást. Az elmélet szerint az univerzumban az anyag felének antianyagnak kellett volna lennie, ami azt jelentené, hogy az univerzum hamarosan az ősrobbanás után elpusztult volna.

A gyakorlatban viszont alig találunk antianyagot az univerzumban, és az se sokáig marad meg. A részecskegyorsítók protonok és elektronok ütközésekor antirészecskéket állítanak elő, a speciális detektorok pedig nagy energiájú űrütközésekből, például szupernóva-robbanásokból származó antirészecskéket figyelnek meg. Ezek általában csak egyedi antirészecskéket, például pozitronokat (antielektronokat) és antiprotonokat eredményeznek, magyarázza a CERN.

Forrás: PrtScr/Youtube

Összetett antianyagra nem számítottak

Körülbelül nyolc évvel ezelőtt azonban az ISS fedélzetén található alfamágneses spektrométer (AMS-02) körülbelül 10 antihéliummagot észlelt. Ezek a magok két antiprotonból és egy vagy két antineutronból (így antihélium-3 vagy -4) álltak. Ha a további elemzés megerősíti az összetett antianyag észlelését, a felfedezés megkérdőjelezi a részecskefizika standard modelljét.

A standard modell szerint az antihélium-4 előállításához legalább három vagy négy antiprotonnak és antineutronnak kellően közel kell lennie egymáshoz, és elég lassan kell mozognia ahhoz, hogy összetapadjon, írta Michael A. Fedderke, a tanulmány társszerzője, a Kanadai Elméleti Fizika Perimeter Intézetének kutatója e-mailben a Live Science-nek. Ezen követelmények alapján minden 10 000 antihélium-3 után egy antihélium-4-et termelnének.

„Az igazán érdekes az AMS-02 jelölt eseményekkel kapcsolatban, hogy az adatok konzisztensnek tűnnek körülbelül egy antihélium-4 eseménnyel minden két-három antihélium-3 eseményhez” – mondta Fedderke. Ez az arány messze meghaladja a standard modell által előre jelzetteket.

Egy új elméleti megoldás

A Physical Review D folyóiratban megjelent tanulmányban a csapat megpróbálta megmagyarázni ezt az eltérést a tűzgolyóknak nevezett hipotetikus objektumok segítségével. Ezek a tűzgolyók olyan jelenleg nem megfigyelt jelenségek eredményeként jöhetnek létre, mint például a sötét anyag rendkívül sűrű csomóinak ütközése – egy titokzatos anyag, amely az univerzum anyagának körülbelül 80%-át teszi ki, de nem lép kölcsönhatásba a fénnyel, így nem lehet közvetlenül megfigyelni.

„A tűzgömb egy sűrű, energikus térrégió, amely nagyszámú antirészecskét tartalmaz” – mondta a tanulmány társszerzője, Anubhav Mathur, a Johns Hopkins Egyetem doktorandusza. „Kialakulása után közel fénysebességgel tágul, és antiprotonokat, antineutronokat és antihéliumot szabadít fel a környező környezetbe. Az antiatommagok ezt követően kifelé haladnak, és egy részük eléri a Földet, ahol kimutathatók.”

A kutatók különféle méretű és viselkedésű tűzgolyókat modelleztek. Azt találták, hogy ha a tűzgolyók nagy, sok sötét anyagrészecskéből álló tárgyak voltak, akkor az általuk előállított antihéliummagok mennyisége jól egyezik az ISS fedélzetén észlelt előzetes eredményekkel – mondta Fedderke.

Még hosszú út áll a kutatás előtt

Bár ezek az eredmények ígéretesek, további megerősítésst igényelnek. A nyomon követési vizsgálatok segítenek meghatározni, hogy hipotézisük helyes-e.

„A megfigyelési oldalon alig várjuk, hogy az AMS-02 befejezze a jelölt antihélium eseményeinek elemzését, valamint, hogy a jövőben több adatot szerezzenek be, amelyek további megvilágításba helyezhetik ezt a rejtvényt” – mondta Fedderke. Hozzátette, a General AntiParticle Spectrometer (GAPS) projekt is segítheti a kérdés megválaszolását. Még idén ballont indít az Antarktisz fölé az antianyag kozmikus sugarak, köztük az antihéliummagok kimutatására.

Ez is érdekelhet:

• Mesterséges csillagot küld a NASA az Egyesült Államok fölé
• Az óceánfenék sötét oxigénje újraértelmezi a földi élet létrejöttét