Erste Ergebnisse des Alpha-Magnetspektrometers - basierend auf rund 25 Milliarden aufgezeichneten Ereignissen - stellen die größte Sammlung von Antimaterieteilchen dar, die bisher im Weltraum aufgezeichnet wurden.
Das internationale Team, das das Alpha Magnetic Spectrometer (AMS1) betreibt, gab heute die ersten Ergebnisse seiner Suche nach dunkler Materie bekannt. Die Ergebnisse, die von AMS-Sprecher Professor Samuel Ting in einem Seminar am CERN2 vorgestellt wurden, sollen in der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht werden. Sie berichten über die Beobachtung eines Positronenüberschusses im kosmischen Strahlenfluss.
Die AMS-Ergebnisse basieren auf rund 25 Milliarden aufgezeichneten Ereignissen, darunter 400.000 Positronen mit Energien zwischen 0,5 GeV und 350 GeV, die über eineinhalb Jahre aufgezeichnet wurden. Dies ist die größte Sammlung von Antimaterieteilchen, die im Weltraum aufgenommen wurden.Die Positronenfraktion steigt von 10 GeV auf 250 GeV, wobei die Daten zeigen, dass die Steigung der Zunahme über den Bereich von 20 bis 250 GeV um eine Größenordnung abnimmt. Die Daten zeigen auch keine signifikante Veränderung über die Zeit oder irgendeine bevorzugte Eingangsrichtung. Diese Ergebnisse stimmen mit den Positronen überein, die aus der Vernichtung von Partikeln der dunklen Materie im Weltraum stammen, sind jedoch noch nicht hinreichend schlüssig, um andere Erklärungen auszuschließen.
Dieses zusammengesetzte Bild zeigt die Verteilung von Dunkler Materie, Galaxien und heißem Gas im Kern des verschmelzenden Galaxienhaufens Abell 520, der aus einer heftigen Kollision massereicher Galaxienhaufen entstanden ist. Kredit: NASA, ESA, CFHT, CXO, M.J. Jee (Universität von Kalifornien, Davis) und A. Mahdavi (San Francisco State University)
"Als bisher genaueste Messung des Positronenflusses kosmischer Strahlung zeigen diese Ergebnisse deutlich die Leistung und die Fähigkeiten des AMS-Detektors", sagte AMS-Sprecher Samuel Ting. "In den kommenden Monaten wird AMS uns endgültig mitteilen können, ob diese Positronen ein Signal für dunkle Materie sind oder ob sie einen anderen Ursprung haben."
Kosmische Strahlen sind geladene energiereiche Teilchen, die den Raum durchdringen. Das auf der Internationalen Raumstation installierte AMS-Experiment soll sie untersuchen, bevor sie die Möglichkeit haben, mit der Erdatmosphäre zu interagieren. Vor etwa zwei Jahrzehnten wurde erstmals ein Überschuss an Antimaterie im kosmischen Strahlenfluss beobachtet. Die Herkunft des Überschusses bleibt jedoch ungeklärt. Eine Möglichkeit, die durch eine als Supersymmetrie bekannte Theorie vorhergesagt wird, besteht darin, dass Positronen erzeugt werden könnten, wenn zwei Teilchen der dunklen Materie zusammenstoßen und sich vernichten. Unter der Annahme einer isotropen Verteilung von Partikeln der dunklen Materie sagen diese Theorien die von AMS gemachten Beobachtungen voraus. Die AMS-Messung kann jedoch die alternative Erklärung, dass die Positronen von Pulsaren stammen, die um die galaktische Ebene verteilt sind, noch nicht ausschließen. Supersymmetrietheorien sagen auch einen Grenzwert bei höheren Energien oberhalb des Massenbereichs der Teilchen der dunklen Materie voraus, und dies wurde bisher nicht beobachtet. In den kommenden Jahren wird AMS die Genauigkeit der Messung weiter verfeinern und das Verhalten der Positronenfraktion bei Energien über 250 GeV klären.
"Wenn Sie ein neues Präzisionsinstrument in ein neues Regime einbauen, sehen Sie in der Regel viele neue Ergebnisse, und wir hoffen, dass dies das erste von vielen sein wird", sagte Ting. „AMS ist das erste Experiment, bei dem eine Genauigkeit von 1% im Weltraum gemessen wurde. Mit dieser Präzision können wir feststellen, ob unsere aktuelle Positronenbeobachtung von Dunkler Materie oder Pulsar stammt. “
Dunkle Materie ist heute eines der wichtigsten Rätsel der Physik. Er macht über ein Viertel des Energie-Massen-Gleichgewichts des Universums aus und kann indirekt durch seine Wechselwirkung mit sichtbarer Materie beobachtet werden, muss jedoch noch direkt nachgewiesen werden. Die Suche nach dunkler Materie wird in weltraumgestützten Experimenten wie AMS sowie auf der Erde am Large Hadron Collider und in einer Reihe von Experimenten durchgeführt, die in unterirdischen Labors durchgeführt werden.
"Das AMS-Ergebnis ist ein hervorragendes Beispiel für die Komplementarität von Experimenten auf der Erde und im Weltraum", sagte CERN-Generaldirektor Rolf Heuer. "Ich denke, wir können uns darauf verlassen, dass wir in den nächsten Jahren eine Lösung für das Rätsel der Dunklen Materie finden werden."
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