Загадка антиматерии: файерболы могут объяснить избыток антигелия в эксперименте на МКС

Открытие антигелия на МКС бросает вызов Стандартной модели

В 2016 году физики были поражены, обнаружив антиматерию ядер гелия в ходе эксперимента на борту Международной космической станции. Однако наиболее удивительным оказалось количество этих частиц антиматерии, которое значительно превысило прогнозы Стандартной модели физики элементарных частиц.

В новом исследовании международная группа физиков предложила гипотетические объекты, называемые «файерболы» (fireball), для объяснения этих наблюдений.

Антиматерия, аналог материи, аннигилирует при контакте с материей. Каждая частица во Вселенной имеет свою соответствующую античастицу. Например, античастица электрона — это антиэлектрон, известный как позитрон. Электрон и антиэлектрон имеют одинаковые массы, но противоположные электрические заряды.

Антиматерия ближе к нам, чем думает большинство людей. Небольшие количества антиматерии — со скоростью от менее одной частицы на квадратный метр до более 100 на квадратный метр — постоянно падают на Землю в виде космических лучей, энергичных частиц из космоса. Более того, антиматерию можно найти ещё ближе. Средний банан (богатый калием) производит позитрон примерно раз в 75 минут в процессе радиоактивного распада калия-40.

Согласно Стандартной модели, половина материи Вселенной должна была быть антиматерией, что подразумевает, что Вселенная должна была аннигировать вскоре после Большого взрыва. Однако антиматерия остаётся редкой и неуловимой во Вселенной. Это несоответствие, вероятно, связано с тёмной материей и тёмной энергией.

Примерно восемь лет назад альфа-магнитный спектрометр (AMS-02) на МКС обнаружил около 10 ядер антигелия. Создание антигелия-4 требует определённого и редкого набора условий, включающего несколько антипротонов и антинейтронов. Согласно текущей теории, один антигелий-4 будет производиться на каждые 10 000 антигелия-3. Однако эксперимент фактически измерил один антигелий-4 на каждые два-три события антигелия-3 — намного больше, чем предсказывает Стандартная модель, поэтому данные нельзя было отбросить как случайную статистическую удачу.

Новое исследование изучает возможность происхождения этих антигелиевых частиц из так называемых «файерболов». Эти гипотетические объекты могут быть результатом явлений, таких как столкновение плотных сгустков тёмной материи. Тёмная материя — загадочная субстанция, которая составляет около 80% материи Вселенной, но не взаимодействует со светом.

Файерболы описываются как плотные, энергичные области пространства, заполненные античастицами. Поскольку эти «огненные шары» расширяются почти со скоростью света, они высвобождают антипротоны, антинейтроны и антигелий в окружающую среду. Эта гипотеза хорошо согласуется с предварительными результатами, полученными на борту МКС.

Хотя эти результаты многообещающие, они остаются предварительными и требуют экспериментальной проверки. Ожидается, что AMS-02 завершит свой анализ потенциальных антигелиевых событий, что может внести больше ясности. Кроме того, проект GAPS (General AntiParticle Spectrometer), в рамках которого над Антарктидой будет запущен воздушный шар для обнаружения космических лучей антиматерии, включая ядра антигелия, также может прояснить ситуацию. По мере того, как учёные продолжают изучать эти наблюдения, потенциал открытия неизвестных физических явлений становится всё более интригующим.