Согласно новым отчётом физиков, доклады о нахождении возможных следов тёмной материи могли быть сильно преувеличены. Исследователи, работающие с Альфа магнитным спектрометром (AMS), сообщили о новейших данных анализа пучков космических позитронов сверхвысоких энергий.

Детектор AMS, стоимость которого составляет $2 миллиарда (76 миллиардов рублей), считается самым точным прибором для поиска следов тёмной материи.

Тот факт, что он установлен на борту Международной космической станции, позволяет исключить ряд фоновых явлений, к примеру, вызванных воздействием атмосферы Земли.

В новом пресс-релизе руководители миссии утверждают, что

полученные результаты могут предложить новые подсказки для поиска частиц тёмной материи, силы, чья гравитация связывает целые галактики. Однако, пишут учёные, зарегистрированные космические лучи могут иметь гораздо более прозаичное происхождение.

Руководитель исследовательской группы, лауреат Нобелевской премии Сэмюэл Тинг (Samuel Ting) из Массачусетского технологического института подчёркивает, что

результаты работы AMS ещё не доказывают существование частиц тёмной материи, но и не опровергают их присутствие в космосе.

«Следы высокоэнергетических космических пучков мы можем объяснить и без тёмной материи. Но это и не значит, что мы обнаружили какие-то противоречия с первоначальной гипотезой о том, что эти частицы являются результатом распада частиц тёмной материи», — поясняет Тинг.

Споры учёных крутятся вокруг точного соотношения числа позитронов (частиц антиматерии) к сумме электронов (частиц материи) и позитронов. В апреле 2013 года физики проекта AMS подтвердили прежние сообщения о том, что энергия частиц оказалась выше примерно 8 гигаэлектронвольт (ГэВ) и соотношение выросло, несмотря на то, что энергия отдельных потоков электронов и позитронов падала.

Рис. 1.

Это увеличение относительного содержания позитронов может сигнализировать о присутствии в пучках частиц тёмной материи.

Согласно большинству общепринятых теорий, позитроны и электроны при столкновении аннигилируют друг с другом для получения электронно-позитронных пар.

Таким образом баланс электронов и позитронов в космических лучах был бы нарушен, поскольку обычный природный источник таких пучков, к примеру, сверхновая, производил бы намного больше материи, чем антиматерии.

Но и это объяснение не выглядит идеальным. Ещё до того, как физики AMS опубликовали данные о соотношении частиц, теоретики утверждали, что избыточные позитроны могут исходить от пульсаров, незамеченных прежде.

В ноябре 2013 года Эли Ваксман (Eli Waxman), астрофизик-теоретик из Института имени Вейцмана в Реховоте, Израиль, и его коллеги опубликовали новую гипотезу.

Они утверждали, что

избыточные позитроны могли быть результатом взаимодействия первичных космических лучей от остатков сверхновых с межзвёздной средой. Если это так, то позитроны являются просто вторичным продуктом без ныне заметного источника.

Тем не менее, команда AMS сообщает о двух новых фактах, которые полностью согласуются с гипотезой о том, что именно тёмная материя является источником высокоэнергетических пучков. Статья с отчётом вышла в журнале Physical Review Letters.

• Во-первых, утверждают учёные, по мере роста энергии, соотношение частиц поначалу выравнивается, после чего начинает падать при достижении энергетического уровня в 275 ГэВ, как и следовало ожидать в том случае, если этот избыток частиц был получен в результате столкновения частиц тёмной материи, поскольку первичная масса частицы установила бы верхний энергетических предел для порождённого позитрона.

Физики сообщают, что

уравнивание соотношения будет соответствовать частице тёмной материи с массой в 1 тераэлектронвольт (ТэВ).

Напомним, что благодаря известнейшему уравнению Эйнштейна масса и энергия могут быть измерены в одних единицах.

Рис. 2.

Во-вторых, учёные измерили спектры электронов и позитронов в индивидуальном порядке и обнаружили, что спектры имеют различные формы при увеличении энергии.

«Удивительно, что электроны и позитроны такие разные. Эта разница демонстрирует нам, что позитроны всё же не могут быть вторичными космическими лучами, произведёнными первичными пучками электронов, поскольку в таком случае спектры обоих частиц были бы аналогичны», — говорит Тинг.

Противники гипотезы Тинга сообщают, что

погрешность при измерении соотношения электронов и позитронов при максимальных энергиях очень велика, поскольку столь высокоэнергетические частицы довольно редки в природе.

Разрешить спор об истинном источнике космических пучков вряд ли будет возможно при помощи одного лишь детектора AMS.

Возможно, в ближайшие годы учёные объединят данные ведущих экспериментов по поиску тёмной материи и, наконец, разрешат загадку о таинственной космической силе.