Измерение космических лучей на МКС повергло в замешательство физиков

Больше 10 лет на Международной космической станции работает Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02) — детектор космических лучей. За это время он собрал колоссальный объем данных. Тщательная их обработка привела к без преувеличения сенсационному открытию. Статья с результатами вышла в журнале Physical Review Letters.

Вообще, космические лучи — это и не лучи вовсе, а разогнанные до субсветовых скоростей частицы, голые ядра элементов, разлетевшиеся в результате мощнейших космических взрывов. Поверхности Земли они достигнуть не могут — не пропускает атмосфера, по своей защитной способности она эквивалентна слою воды толщиной 10 метров. Поэтому МКС — прямо-таки идеальное место для установки AMS-02.

По сути, это детектор частиц, подобный тем, что на Земле размещают на ускорителях частиц, например Большом адронном коллайдере. Хотя и гораздо скромнее — как по размерам (с большой шкаф), так и по возможностям.

Тем не менее с момента установки в 2011 году он зарегистрировал 240 миллиардов событий космических лучей. Большинство из них — от распространенных элементов, таких как водород и гелий, их миллиарды. Некоторые события редки — например, взаимодействий с литием около 100 тысяч. А столкновений с тяжелыми ядрами — железом, никелем, цинком — не больше нескольких сотен из всех этих миллиардов.

По тому, какое ядро уловил детектор, и главное, в сочетании с жесткостью луча — то есть способностью его пронизывать магнитные поля, не отклоняясь, можно предположить источник, породивший частицы.

В предыдущих работах AMS-02 описывал измерения натрия, алюминия, неона, магния и серы. Оказалось, что эти космические лучи состоят как из первичных, так и из вторичных частиц. Первичные — те, что приходят из глубин космоса почти без изменений. Вторичные же за время своего путешествия успели провзаимодействовать с межзвездной средой, стали «грязнее», так как ионы перемешаны с другими частицами — мюонами, электронами и т. п.

Любопытно, что соотношение первичной и вторичной компоненты зависит от того, четный или нечетный номер элемента в таблице Менделеева. Они, хоть и соседствуют в таблице, в звездах синтезируются по-разному. К тому же нечетные ядра менее стабильны.

Новые результаты AMS-02, полученные с недостижимой для наземных приборов точностью, показали, что одни элементы преимущественно первичны, а другие — вторичны.

Исследователи выделили два класса первичных космических лучей: один объединяет гелий, углерод, кислород и железо, другой — неон, магний, кремний и серу. Аналогично определены два класса вторичных лучей: один состоит из лития, бериллия и бора, другой — из фтора, фосфора и калия.

Таким образом, все 20 элементов, идентифицированных AMS-02 — от гелия до железа — можно разделить на четыре разных класса.

И это противоречит существующим моделям космических лучей, которые предполагают плавную зависимость параметров частиц от их происхождения — чем тяжелее ядро, тем выше его шансы быть первичным (рожденным в сверхновой).

Поскольку данные AMS-02 исключительно точны, это говорит о том, что в реальности происходит нечто, чего модели не учитывают. Очевидно, теории придется пересматривать, а возможно и искать ответ в новой физике — например, учитывать влияние темной материи.

AMS-02 тем временем продолжает трудиться на орбите, и кто знает, какие еще сюрпризы он может еще преподнести.