На сайте Астрометрия Астрономические инструменты Астрономическое образование Астрофизика История астрономии Космонавтика, исследование космоса Любительская астрономия Планеты и Солнечная система Солнце

Над Антарктидой ловят антивещество
3.01.2005 18:52 | Мария Хохлова/scientific.ru

Новый эксперимент по обнаружению антивещества в космических лучах проводят японские ученые совместно со своими американскими коллегами. 13 декабря 2004 года над Антарктидой запущен высотный аэростат со сверхпроводящим спектрометром BESS-Polar. Ученые надеются найти доказательства существования "первичных" черных дыр и "барионной симметрии" (равного количества вещества и антивещества во Вселенной).

Напомним: антивещество – это материя, состоящая из античастиц. Частицы и античастицы имеют одинаковую массу, время жизни, спин, но различаются знаками всех зарядов: электрического, барионного, лептонного и т. д. Это следует из общих принципов квантовой теории поля и подтверждается надежными экспериментальными данными. Многие античастицы удалось получить в лабораторных условиях, однако наибольший интерес представляет обнаружение античастиц в космических лучах. Многочисленные варианты теории Большого Взрыва утверждают, что первоначально должно было возникнуть равное количество материи и антиматерии. Однако сейчас наблюдается явная асимметрия мира в сторону "простой" материи. В частности, в потоке частиц, прилетающих к нам из космоса, были обнаружены ядра почти всех элементов таблицы Менделеева, однако до сих пор не зарегистрировано антиядер. Обнаружение ядер антигелия стало бы серьезнейшим аргументом в пользу существования галактик, состоящих из антивещества. Дело в том, что вероятность создать антигелий за счет столкновения протонов космических лучей с веществом межзвёздного газа пренебрежимо мала. В то же время если существуют антизвёзды, то в них антиводород должен перегорать в антигелий, а затем в антиуглерод. Поэтому поиск антигелия является одной из основных задач BESS-Polar.
[От редакции Scientific.ru: Наличие галактик из антивещества практически исключено, так как не наблюдается гамма-излучение, которое неизбежно должно рождаться при аннигиляции частиц межгалактического газа, попадающего в такие галактики.]

Эксперимент является частью проекта BESS (Balloon-borne Experiment with a Superconducting Spectrometer - Эксперимент по поднятию на аэростате сверхпроводящего спектрометра). Это сотрудничество японских и американских ученых из организации KEK, Университета Токио, Университета Кобэ, Института космических наук и астронавтики японского Агентства космических исследований, NASA и Университета штата Мэриленд.

Рис. 1. Наддув аэростата BESS.

Кроме аэрогелевого черенковского счётчика, впервые включённого в установку, BESS-Polar имеет и другую высокочувствительную аппаратуру, в частности для измерения низкоэнергетических антипротонов. Эти частицы были впервые обнаружены в космических лучах в 1979 году. Сложность их регистрации состоит в том, что они намного сильнее взаимодействуют с веществом, чем другие, обнаруженные ранее античастицы. Антипротоны из космоса не успевают дойти до поверхности Земли, они аннигилируют уже в самых верхних слоях атмосферы. Чтобы обнаружить антипротон в космических лучах, надо поднять детектор как можно выше в разреженные слои атмосферы. В связи с этим, все эксперименты по поиску античастиц в космических лучах были выполнены на аэростатах. Низкоэнергетические антипротоны - уникальный зонд для изучения элементарных частиц ранней Вселенной, поскольку они с большой вероятностью могли быть созданы "испаряющимися" черными дырами в результате процесса, предсказанного Стивеном Хокингом, профессором Кембриджского университета, но пока еще не подтвержденного экспериментально. Такие антипротоны могли бы доходить до нас от древнейших ("первичных") микроскопических черных дыр, возможно возникших вскоре после Большого взрыва. Обнаружение этих антипротонов (при совпадении их распределения по энергии с теоретическими предсказаниями) послужило бы доказательством истинности теории Хокинга.

Рис. 2. Запуск BESS.

Третьей основной целью проекта BESS являются точные количественные измерения легких элементов в космических лучах. Эти данные важны как для понимания физики распространения космических лучей, так и для оценки вносимого ими вклада в атмосферные потоки нейтрино.

BESS-Polar поднялся на высоту 39 километров недалеко от американской станции Мак-Мёрдо и за 8 дней облетел на этой высоте Южный полюс. Антарктида была выбрана не случайно. "Магнитное поле Земли защищает нас от антипротонов и от космических потоков других частиц. Линии магнитного поля относят частицы к полюсам Земли, и концентрация низкоэнергетического космического излучения, проходящего через земную атмосферу, здесь выше" - говорит главный испытатель Центра космических полетов Годдарда (NASA) доктор Джон Митчел. Кроме того, Антарктида удобна для запуска аэростатов, так как постоянный дневной свет и отсутствие серьезных ежесуточных колебаний температуры облегчает обеспечение постоянной высоты полета.

Это первый полет BESS-Polar. С 1993 года по 2002 проект BESS проводил ежегодные полеты на севере Канады, однако продолжительность их составляла всего один день. Были пойманы миллионы частиц космических лучей и несколько тысяч низкоэнергетических антипротонов, но для статистики и дальнейших выводов этого еще очень мало. Новый спектрометр внешне напоминает предыдущие версии BESS, однако оснащен ультратонким магнитом и скомпонован так, чтобы регистрировать антипротоны с самой низкой энергией. Предполагалось, что полет будет продолжаться более 10 дней, однако 21 декабря BESS-Polar был возвращён на землю. Следующий запуск планируется провести так же в период минимальной солнечной активности, в 2007 году.

Источники: Bess - Information Page, KEK - Press Release.

Публикации с ключевыми словами: космические лучи - античастицы - антивещество Публикации со словами: космические лучи - античастицы - антивещество
См. также: Частица с высокой энергией сталкивается с Землей Космические лучи из Миннесоты Внутри детектора антинейтрино в Дайя Бэй Космические лучи на Вояджере-1 Телескоп H.E.S.S. II PAMELA: слишком много позитива Не темная ли это материя наследила? Все публикации на ту же тему >>