Nye målinger av partikler i verdensrommet kan være hint av mørk materie

En partikkeldetektor ved den internasjonale romstasjonen har analysert 41 milliarder partikler fra kosmisk stråling og kan ha funnet nye spor etter mørk materie.

Funnene har gitt fysikerne i AMS-kollaborasjonen (Alpha Magnetic Spectrometer) ny kunnskap om overskuddet av positroner man kan observere ved kosmisk stråling. Dette overskuddet har vært et mysterium for forskerne i flere tiår. Positronene kan vise seg å være spor etter mørk materie.

Spor etter mørk materie?

Kosmisk stråling består for det meste av partikler som er vanlige i verdensrommet: protoner og elektroner. Men også andre typer partikler – inkludert positroner – kan man finne i verdensrommet. Positroner er elektronets antipartikkel: en partikkel med samme masse, men motsatt ladning. Små mengder positroner kan forekomme når kosmiske stråler kolliderer. Større mengder positroner – som forskerne nå har observert – tyder på at denne antimaterien må komme fra en annen kilde. En mulig kilde er svært kompakte stjerner, for eksempel pulsarer. Men målingene fra den internasjonale romstasjonen samsvarer også med teorien om at dette overskuddet av positronene kan stamme fra prosessen der mørk materie-partikler omdannes til positroner og elektroner.

Mer presise målinger

Forskerne ved AMS-eksperimentet har kartlagt kosmisk stråling med en presisjon man tidligere ikke har kunnet oppnå. Resultatet, som ble publisert på en konferanse ved CERN den 18. september, er splitter nye data og observasjoner av høyere energi på partiklene enn tidligere målt.

Av 41 milliarder partikler i kosmiske stråler, er 10 milliarder identifisert som positroner (antielektroner) og elektroner, viser de nye målingene. Energien varierer fra 0,5 til 500 gigaelektronvolt (GeV). Det er en tydelig økning av antall positroner med energi som er høyere enn 8 GeV, som ikke kommer fra noen bestemt retning i verdensrommet. En viktig måling er den såkalte 'maksimumsfraksjonen for positroner', dvs. den energien positronet har når andelen av positroner ikke lenger øker. Verdien er målt til 275 GeV (pluss/minus 32GeV). Det er denne målingen som er besnærende konsistent med at det eksisterer mørk materie-partikler med en masse på 1 terraelektronvolt (TeV).

- Dette er den første målingen av positronandelens maksimumsverdi , etter et halvt hårhundre med forskning på kosmiske stråler, sier professor Samuel Ting som er talsmann for AMS-eksperimentet.

- Både AMS, som i sin tid ble montert ved CERN, og partikkelakseleratoren LHC som starter opp igjen ved CERN i nær fremtid med enda høyere energier, er avanserte forskningsinstrumenter som utvider grensene for fysikkfeltet. Det er spennende tider for partikkelfysikken! sier CERNs generaldirektør Rolf Heuer.

Physical Review Letters “High Statistics Measurement of the Positron Fraction in Primary Cosmic Rays of 0.5-500 GeV with the Alpha Magnetic Spectrometer on the International Space Station”

Physical Review Letters “Electron and Positron Fluxes in Primary Cosmic Rays Measured with the Alpha Magnetic Spectrometer on the International Space Station”