Детектор на МКС увидел аномальный избыток антипротонов

Космический детектор частиц AMS-02 вот уже четыре года работающий на Международной космической станции, увидел неожиданно большое количество космических протонов, антипротонов и ядер гелия в области больших энергий. Эти результаты не сходятся с общепринятыми моделями того, как эти частицы возникают в обычных, астрофизических процессах, и потому могут оказаться свидетельством в пользу распадающихся частиц темной материи. Новость об этом была обнародована на конференции, проходящей в эти дни в ЦЕРНе и целиком посвященной новым результатам AMS и их обсуждению.

Физики ловят элементарные частицы не только на земле, но и в космосе. Крупнейшим среди космических детекторов частиц является AMS-02, установка, собранная в ЦЕРНе и запущенная к МКС в 2011 году. Ее задача — зарегистрировать как можно больше частиц космических лучей, приходящих из глубокого космоса, и аккуратно измерить их состав (электроны, протоны, ядра, а также их античастицы) и спектр (распределение по энергии вплоть до нескольких ТэВ).

Такие частицы появляются и ускоряются в разнообразных взрывных процессах в нашей галактике. Эти процессы, а также то, как ускоренные частицы дальше летят сквозь межзвездную среду, физики описывать умеют. Однако они подозревают, что наряду с обычными астрофизическими процессами может работать и еще один: частицы большой энергии могут возникать в результате распада или столкновения частиц темной материи. До сих пор темная материя проявляла себя лишь коллективно, через гравитационное влияние. Несмотря на сотни экспериментов и наблюдений, эффектов от отдельных частиц темной материи до сих пор обнаружить не удавалось. Но если окажется, что какая-то особенность спектра или состава космических лучей кардинально расходится с астрофизическим описанием, это станет серьезной заявкой на открытие частиц темной материи и первым шагом к выяснению их природы.

Некоторые результаты предыдущих космических детекторов действительно плохо состыковывались с астрофизическим описанием их возникновения — по крайней мере, поначалу. Самый громкий их них — необычно большая доля позитронов с энергиями в десятки ГэВ, обнаруженная в 2008 году спутником PAMELA. Эти результаты, с намного более лучшей точностью, подтвердил и AMS в 2013 году. После бурного обсуждения в астрофизическом сообществе было признано, что эти данные еще не свидетельствуют однозначно в пользу темной материи. К тому же, ничего аномального в спектрах других частиц, в особенности протонов и антипротонов, тогда обнаружено не было.

Сейчас коллаборация AMS-02 сообщает нечто новое. В статистике, набранной за четыре года работы, — а это 60 млрд частиц, — было обнаружено неожиданно большое число антипротонов с энергией в сотни ГэВ. Отношение потока антипротонов к протонам резко вырастает выше нескольких ГэВ, как и предсказывалось астрофизиками, но затем оно остается практически неизменным, хотя модели обещают плавное уменьшение (см. врез). Отклонения наблюдаются также и в величине потока протонов и легких ядер при энергиях около 1 ТэВ. С ростом энергии поток уменьшается, но не настолько быстро, как это предсказывается астрофизическими моделями.

В ближайшие два дня конференция будет продолжаться, причем за докладами можно следить через видеотрансляцию, организованную на сайте ЦЕРНа. Вскоре выйдут также и научные статьи с более детальными результатами измерений. Возникновение, ускорение и распространение частиц высокой энергии — процессы очень сложные, и в их моделировании могут скрываться новые источники погрешностей. По этой причине пока нельзя однозначно говорить, что AMS-02 обнаружил следы распадов частиц темной материи. Однако эти данные, безусловно, делают ситуацию еще более запутанной и интересной.

Игорь Иванов