في مكان ما بعيد في الكون ، ينفجر نجم ويبدأ شلال.
تسرع الطاقة والقطع الصغيرة من المادة في كل اتجاه من المستعر الأعظم المزدهر. إنها تؤثر على الكواكب والنجوم الأخرى وتتصادم مع الوسائط بين النجوم ، ويصل جزء صغير منها إلى الأرض.
هذه هي الأشعة الكونية الأولية ، والحزم الضوئية والجسيمات الشبحية دون الذرية التي تسمى النيوترينوات التي يكتشفها العلماء باستخدام التلسكوبات الدقيقة وكاشف غريب لا يزال مدفونًا تحت جليد القطب الجنوبي. يصلون في سيل من كل اتجاه في وقت واحد ، حيث تموت النجوم في جميع أنحاء الكون.
لكنها ليست الأشعة الكونية الوحيدة. هناك نوع آخر أكثر صعوبة في الكشف عنه وغامض.
قال صامويل تينغ ، أستاذ الفيزياء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، إنه عندما تصطدم الأشعة الكونية الأولية بوسائط بين النجوم - الأشياء غير المعروفة وغير المرئية بين النجوم - تنبثق تلك الوسائط ، وترسل تياراتها الخاصة من الجسيمات المشحونة إلى الفضاء. جائزة نوبل في عام 1976 لاكتشافه أول فئة جديدة من الجسيمات تتكون من مادة الكواركات والمادة المضادة.
وفي ورقة جديدة نُشرت في 11 يناير في مجلة Physical Review Letters ، رسم تينغ وزملاؤه المزيد من التخطيط لماهية هذه الجسيمات وكيف تتصرف. على وجه التحديد ، وصف الباحثون شحنات وأطياف جسيمات الليثيوم والبريليوم ونوى البورون التي تضرب في الغلاف الجوي للأرض - بناءً على نتائج سابقة تصف شحنات وأطياف أشعة الهيليوم والكربون والأكسجين.
وقال تينغ لـ Live Science: "لدراسة ذلك ، تحتاج إلى وضع جهاز مغناطيسي في الفضاء ، لأنه على الأرض ، تمتص الأشعة الكونية المشحونة 100 كيلومتر من الغلاف الجوي".
نتائج هذه الورقة هي تتويج لأكثر من عقدين من العمل ، يعود تاريخها إلى اجتماع في مايو 1994 ، عندما ذهب تينج والعديد من الفيزيائيين الآخرين لزيارة دانيال غولدين ، ثم مدير ناسا. الهدف: إقناع غولدين بوضع مغناطيس على محطة الفضاء الدولية (ISS) ، والتي ستبدأ البناء بعد ذلك بأربع سنوات ، في عام 1998. بدون مغناطيس ، سوف تمر الجزيئات الكونية عبر أي كاشفات في خط مستقيم ، دون إعطاء وقال تينغ معلومات عن ممتلكاتهم.
وقال تينغ إن غولدين "أصغى بعناية". "قال إن هذه فكرة تجربة جيدة لمحطة الفضاء. لكن لم يسبق لأحد أن وضع مغناطيسًا في الفضاء ، لأن المغناطيس في الفضاء - لأنه يتفاعل مع المجال المغناطيسي للأرض - سوف ينتج عزمًا ، وستفقد المحطة الفضائية السيطرة إنه مثل البوصلة المغناطيسية ".
لتجنب تحريف ISS خارج السماء ، قام Ting ومعاونوه ببناء مقياس الطيف المغناطيسي ألفا (AMS): كاشف الجسيمات بدقة مثل تلك الموجودة في Fermilab و CERN ، ولكن مصغر ووضعه داخل أنبوب مغناطيسي مجوف. وقال تينج إن الأمر الحاسم هو أن نصفي الأنبوب عكسا الاستقطابات ، لذا فقد عزموا محطة الفضاء في اتجاهين متعاكسين ، وألغوا بعضهما البعض.
في عام 2011 ، ركبت AMS إلى الفضاء على مكوك الفضاء إنديفور ، وهي مهمة الثانية إلى الأخيرة لهذه المركبة. ولجزء كبير من العقد الماضي ، رصدت AMS بصمت 100 مليار الأشعة الكونية.
في نهاية المطاف ، يأمل تينج وفريقه في استخدام هذه البيانات للإجابة على أسئلة محددة للغاية حول الكون. (على الرغم من أنه يمكن أن يجيب أيضًا على أسئلة أكثر دنيوية ، مثل الجسيمات التي قد تقذف رواد الفضاء في طريقهم إلى المريخ.)
قال تينج: "يقول الناس ،" الإعلام بين النجوم ". ما هو الإعلام بين النجوم؟ ما هو العقار؟ لا أحد يعرف حقًا". "تسعون في المائة من المادة في الكون لا يمكنك رؤيتها. وبالتالي ، تسميها المادة المظلمة. والسؤال هو: ما هي المادة المظلمة؟ الآن ، للقيام بذلك ، تحتاج إلى قياس البوزيترونات بدقة شديدة ، والبروتونات المضادة ، والمضادة -هيليوم وكل هذه الأشياء ".
قال تينغ أنه من خلال القياسات الدقيقة للمادة والمادة المضادة التي تصل إلى الأشعة الكونية الثانوية ، يأمل أن يقدم للمنظرين الأدوات اللازمة لوصف المادة غير المرئية في الكون - ومن خلال هذا الوصف ، اكتشف لماذا الكون مصنوع من المادة في الكل وليس المادة المضادة. يعتقد العديد من الفيزيائيين ، بما في ذلك تينغ ، أن المادة المظلمة يمكن أن تكون مفتاحًا لحل هذه المشكلة.
"في البداية ، يجب أن يكون هناك كمية متساوية من المادة والمادة المضادة. لذا ، الأسئلة: لماذا لا يتكون الكون من المادة المضادة؟ ماذا حدث؟ هل هناك مضاد للهليوم؟ مضاد للكربون؟ مضاد للأكسجين؟ أين هل هم؟"
تواصلت Live Science مع عدد من المنظرين الذين يعملون على المادة المظلمة لمناقشة عمل Ting وهذه الورقة ، وحذر الكثيرون من أن نتائج AMS لم تسلط الكثير من الضوء على الموضوع - ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى أن الجهاز لم يقم بعد بإجراء قياسات صارمة لرحلات الفضاء المادة المضادة (على الرغم من وجود بعض النتائج المبكرة الواعدة).
وكتبت كاتي ماك ، عالمة الفيزياء الفلكية بجامعة ولاية كارولينا الشمالية ، في رسالة بالبريد الإلكتروني: "كيف تشكل الأشعة الكونية وانتشارها مشكلة رائعة ومهمة يمكن أن تساعدنا على فهم الوسط النجمي وربما الانفجارات ذات الطاقة العالية في المجرات الأخرى". أن AMS جزء مهم من هذا المشروع.
وقال ماك إنه من المحتمل أن تظهر AMS نتائج أكثر أهمية ومضبوطة من المادة المضادة ، أو أن اكتشافات المادة - مثل تلك الموصوفة في هذه الورقة - ستساعد الباحثين على الإجابة عن الأسئلة حول المادة المظلمة. لكن ذلك لم يحدث بعد. "لكن بالنسبة إلى البحث عن المادة المظلمة" ، قالت لـ Live Science ، "الشيء الأكثر أهمية هو ما يمكن أن تخبرنا به التجربة عن المادة المضادة ، لأنها مادة مظلمة تتلاشى في أزواج المادة - المادة المضادة هي إشارة رئيسية يجري البحث عنها ".
قال تينج أن المشروع بدأ في الوصول.
وقال تينغ: "نقيس البوزيترونات. ويبدو الطيف يشبه إلى حد كبير الطيف النظري للمادة المظلمة. لكننا بحاجة إلى مزيد من الإحصائيات للتأكيد ، والمعدل منخفض جدًا. لذا ، علينا فقط الانتظار لبضع سنوات".
