În căutarea materiei întunecate

Doi fizicieni MIT şi un fost student MIT, acum astronaut NASA, au purtat o discuţie în campusul universitar despre un experiment ce se desfăşoară de 18 ani, dar care a oferit primele rezultate semnificative abia la începutul lunii aprilie 2013. Iată despre ce s-a vorbit...

Doi fizicieni şi un astronom au discutat despre descoperirile detectorului de raze cosmice, descoperiri care indică (probabil) prezenţa materiei întunecate.

Instrumentul denumit „Alpha Magnetic Spectrometer” sau pe scurt AMS a fost montat pe Staţia Spaţială Internaţională (ISS) în mai 2011 de către o echipă de cosmonauţi ce l-a inclus şi pe astronautul Michael Fincke, absolvent la MIT în 1989. Fincke a zburat în spaţiu mai mult decât orice alt astronaut activ, ajungând să totalizeze peste un an de zile în spaţiu dintre care mai mult de 50 de ore de activităţi extravehiculare.

Fincke şi Andrei Kounine, cercetător la “Laboratory for Nuclear Science” din cadrul universităţii MIT şi coordonator AMS pentru analiza datelor din punct de vedere al fizicii, au descris rezultatele obţinute, precum şi transferul experimentului în spaţiu. Aceştia au făcut cunoştinţă unul cu altul prin intermediul lui Samuel Ting, profesor de fizică la Thomas D. Cabot, ce a conceput experimentul AMS în urmă cu 18 ani şi a condus proiectul de dezvoltare şi implementare a acestuia. Experimentul în valoare de 1,6 miliarde de dolari a ajuns să includă 650 de cercetători de la peste 50 de universităţi şi agenţii din 16 ţări.

Până în prezent detectorul magnetic a înregistrat peste 30 de miliarde de „evenimente” – impacturi cu razele cosmice. Dintre acestea 6,8 miliarde au fost identificate drept coliziuni ale electronilor cu antiparticula echivalentă (pozitronii) – coliziunile fiind identificate prin compararea numerelor acestora, a energiei şi direcţiilor de origine.

Dar cele mai aşteptate descoperiri AMS – observaţiile care să confirme sau infirme existenţa particulelor teoretice ce ar putea alcătui materia întunecată – nu au fost încă anunţate, însă Ting crede că se va găsi un răspuns la această întrebare după ce vor fi colecţionate mai multe date. Experimentul este conceput să continue pentru încă cel puţin 10 ani.

Astronautul Michael Fincke a capturat această imagine - propria reflexie - în timpul unei ieşiri în spaţiu. AMS, deja instalat atunci pe ISS, se vede imediat în spatele său, în stânga sus.
Credit imagine: NASA.

Rezultate obţinute până în prezent – care scot la iveală mai mulţi pozitroni decât se credea iniţial – indică un nou fenomen fizic, spun Ting şi Kounine. Nu se ştie însă dacă este vorba despre materie întunecată sub forma unor particule exotice denumite neutralinos - particule despre care s-a tot vorbit în teorie, dar care nu au fost niciodată observate - ori despre radiaţii emise de pulsari îndepărtaţi.

Kounine spune că, pe lângă scopul principal de observare al semnelor legate de materia întunecată, instrumentul AMS este capabil şi să identifice o varietate largă de fenomene produse de particulele din spaţiu. De exemplu, AMS „poate identifica toate speciile de ioni care există în spaţiu” – particule a căror abundenţă ar putea ajuta la îmbunătăţirea teoriei despre originea şi interacţiunea materiei în Univers. „Există un potenţial foarte mare de a obţine şi alte rezultate interesante pentru fizică”, spune Kounine.

Pentru a afla dacă particulele observate sunt produse prin coliziuni ale materiei întunecate va fi nevoie de realizarea de grafice care să descrie numărul de electroni şi pozitroni în raport cu energia lor. Dacă numărul de particule scade gradat odată cu creşterea energiei, înseamnă că sursa de origine a particulelor ar fi un pulsar. Dacă descreşterea este bruscă, ar fi vorba despre materie întunecată.

„Este clar însă că aceste observaţii indică un nou fenomen fizic”, spune Kounine. „Dar (încă) nu ştim dacă este cauzat de o particulă ori este un fenomen astrofizic”.

Fincke, unul din cei doi astronauţi care au instalat AMS pe Staţia Internaţională Spaţială, spune că a fost onorat să poată participa la o misiune atât de importantă. Pentru ultimul zbor al navei spaţiale Endeavour şi antepenultimul din întregul program spaţial NASA, lui Fincke i s-a alăturat un alt absolvent MIT, Greg Chamitoff, care şi-a obţinut doctoratul în 1992.

Înainte de misiune astronauţii Endeavour au vizitat CERN, în Elveţia, acolo unde se află centrul de comandă al experimentului AMS. Aici ei s-au documentat referitor la preţiosul instrument pe care urmau să-l instaleze, spune Fincke. “Acest lucru ne-a motivat îndeajuns de mult ca să obţinem succesul”, spune el.

Instrumentul, explică Fincke, “a fost construit astfel încât să interacţioneze cât mai puţin posibil cu astronauţii”. Odată instalat el nu mai are nevoie de atenţie. Iar câtă vreme a fost conceput să facă faţă celor mai severe impacturi, Fincke spune că el şi colegul său astronaut au ocolit cu grijă obiectul. “Nici măcar nu am vrut să ne apropiem”, spune Fincke.