Di suatu tempat yang jauh di alam semesta, pecah bintang dan kaskade bermula.
Tenaga dan bit kelajuan bahan jauh di setiap arah dari supernova mekar. Mereka memberi impak kepada planet-planet dan bintang lain dan menabrak media antara bintang, dan sebahagian kecil daripadanya mencapai Bumi.
Ini adalah sinar kosmik utama, rasuk cahaya dan zarah-zarah subatom hantu yang dipanggil neutrino yang diiktiraf oleh para saintis dengan teleskop yang halus dan pengesan masih pelik yang dikebumikan di bawah ais Kutub Selatan. Mereka tiba di sebuah torrent dari setiap arah sekaligus, kerana bintang mati di seluruh alam semesta.
Tetapi mereka bukan satu-satunya sinaran kosmik. Terdapat satu lagi jenis, lebih sukar untuk dikesan dan misteri.
Apabila sinar kosmik utama bertembung dengan media interstellar - perkara yang tidak diketahui dan tidak dapat diselubungi antara bintang-bintang - media itu hidup, menghantar alirannya sendiri zarah-zarah yang dikenakan ke angkasa, kata Samuel Ting, seorang profesor fizik di Massachusetts Institute of Technology yang memenangi Hadiah Nobel pada tahun 1976 untuk menemui yang pertama dari kelas baru zarah aneh yang terdiri daripada kuark antimatter dan bahan.
Dan dalam makalah baru yang diterbitkan Jan. 11 dalam jurnal Physical Review Letters, Ting dan rakan-rakannya telah menunjukkan lebih jauh apa yang zarah-zarah itu dan bagaimana mereka berperilaku. Khususnya, para penyelidik menyifatkan caj dan spektrum zarah-zarah litium, berilium dan nukleus boron yang terbenam ke atmosfera Bumi - membina keputusan awal yang menggambarkan caj dan spektrum helium, sinar karbon dan oksigen.
"Untuk mengkaji ini, anda perlu meletakkan peranti magnetik di ruang angkasa, kerana di atas tanah, sinar kosmik yang dikenakan diserap oleh atmosfera 100 kilometer," kata Ting kepada Sains Live.
Keputusan kertas ini adalah kemuncak lebih daripada dua dekad kerja, sejak pertemuan pada Mei 1994, ketika Ting dan beberapa ahli fizik lain pergi ke Daniel Goldin, kemudian pentadbir NASA. Matlamat: untuk meyakinkan Goldin untuk meletakkan magnet di Stesen Angkasa Antarabangsa (ISS), yang akan memulakan pembinaan empat tahun kemudian, pada tahun 1998. Tanpa magnet, zarah kosmik hanya akan melalui mana-mana pengesan dalam garis lurus, tidak memberi maklumat mengenai hartanah mereka, kata Ting.
Goldin "mendengar dengan teliti," kata Ting. "Dia berkata ini adalah idea eksperimen yang baik untuk stesen angkasa tetapi tiada siapa yang pernah meletakkan magnet di ruang angkasa, kerana magnet di angkasa - kerana ia berinteraksi dengan medan magnet Bumi - akan menghasilkan tork, dan stesen angkasa akan kehilangan kawalan Ia sama seperti kompas magnetik. "
Untuk mengelakkan berputar ISS dari langit, Ting dan kolaboratornya membina Alpha Spectrometer Magnetik (AMS): pengesan zarah yang tepat seperti yang ada di Fermilab dan CERN, tetapi ditentukur dan dimasukkan ke dalam tiub magnet berongga. Secara kritikal, kedua-dua bahagian tiub itu telah mengalihkan polariti, jadi mereka mengarahkan stesen angkasa ke arah yang bertentangan, membatalkan satu sama lain, kata Ting.
Pada tahun 2011, AMS menunggang angkasa di ruang angkasa Endeavour, misi kedua yang terakhir. Dan selama sedekad yang lalu, AMS secara senyap mengesan sinar kosmik 100 bilion.
Akhirnya, Ting dan pasukannya berharap dapat menggunakan data tersebut untuk menjawab soalan-soalan yang sangat spesifik tentang alam semesta, katanya. (Walaupun ia juga boleh menjawab soalan-soalan yang lebih lazim, seperti mana zarah-zarah boleh meletupkan angkasawan dalam perjalanan ke Marikh.)
"Orang kata, 'media interstellar' Apa media antara bintang? Apa harta itu? Tidak ada yang benar-benar tahu," kata Ting. "Sembilan puluh peratus daripada perkara di alam semesta yang anda tidak dapat melihat dan oleh itu, anda menyebutnya perkara yang gelap Dan soalannya ialah: Apakah perkara gelap? Sekarang, untuk melakukan ini, anda perlu mengukur sangat tepat positron, antiproton, anti -Elium, dan semua perkara ini. "
Ting berkata melalui pengukuran yang berhati-hati terhadap perkara dan antimatter yang tiba di sinar kosmik sekunder, beliau berharap dapat menawarkan teori kepada alat-alat yang diperlukan untuk menggambarkan perkara yang ghaib di alam semesta - dan melalui perihalan itu, tentukan mengapa alam semesta dibuat daripada perkara di semua, dan bukan antimatter. Banyak ahli fizik, termasuk Ting, percaya bahawa perkara gelap boleh menjadi kunci untuk menyelesaikan masalah itu.
"Pada mulanya, mesti ada jumlah yang sama dan antimatter. Jadi, soalan-soalan: Kenapa tidak alam semesta dibuat daripada antimatter? Apa yang berlaku? Adakah terdapat anti-helium? Adakah mereka?"
Sains Live telah menjangkau beberapa ahli teori yang mengusahakan perkara gelap untuk membincangkan karya Ting dan karya ini, dan banyak yang memperingatkan bahawa hasil AMS belum memberikan banyak cahaya pada subjek itu - sebahagian besarnya kerana instrumen tersebut masih belum membuat pengukuran yang mantap dari spacefaring antimatter (walaupun ada beberapa keputusan awal yang menjanjikan).
"Bagaimana sinar kosmik membentuk dan menyebarkan adalah masalah yang menarik dan penting yang dapat membantu kita memahami medium antara bintang dan kemungkinan letupan tenaga yang tinggi di galaksi lain," kata Katie Mack, ahli astrofizik di North Carolina State University, menulis dalam e-mel, sambil menambah bahawa AMS adalah bahagian penting dalam projek itu.
Mungkin AMS akan menghasilkan hasil antimatter yang lebih ketara, kata Mack, atau pengesanan perkara - seperti yang diterangkan dalam karya ini - akan membantu penyelidik menjawab soalan mengenai masalah gelap. Tetapi itu belum lagi berlaku. "Tetapi untuk mencari perkara gelap," katanya kepada Live Science, "perkara yang paling penting ialah eksperimen itu dapat memberitahu kita tentang antimatter, kerana ia adalah masalah gelap yang memusnahkan ke dalam pasangan antimatter isyarat utama yang dicari. "
Ting berkata projek itu sudah sampai di sana.
"Kami mengukur positif dan spektrum kelihatan seperti spektrum teori gelap, tetapi kami memerlukan lebih banyak statistik untuk mengesahkan, dan kadarnya sangat rendah, jadi kami hanya perlu menunggu selama beberapa tahun," kata Ting.
