Antycząstki tworzące antymaterię są podobne do występujących w “zwykłej” materii, ale mają przeciwny ładunek elektryczny i wszystkie addytywne liczby kwantowe. W momencie kontaktu antymaterii z materią (koinomaterią), obie ulegają anihilacji – powstaje wtedy promieniowanie elektromagnetyczne lub energia kinetyczna lżejszych cząstek, które da się wykryć. Ilości antymaterii i koinomaterii nie są we Wszechświecie takie same, bo inaczej nie byłoby ani nas, ani niczego, co obserwujemy.
Czytaj też: Antymateria i ciemna materia – co je łączy? Odpowiedź znajdziemy w LHCb
Fizycy wiedzą, że antycząstki mogą pokonywać duże odległości, ale nie mają pojęcia, ile właściwie antymaterii jest w Drodze Mlecznej. Dzięki wyprodukowanym w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) jądrom antyhelu i antydeuteronom możliwe stanie się oszacowanie tej wartości. Szczegóły opisano w czasopiśmie Nature Physics.
Nasze odkrycia pokazują, że poszukiwania lekkich jąder antymaterii z kosmosu pozostają potężnym sposobem polowania na ciemną materię. Dr Luciano Musa, rzecznik ALICE
Antymateria drogowskazem ciemnej materii
Lekkie jądra antymaterii w przestrzeni kosmicznej mogą powstawać podczas zderzeń promieni kosmicznych z ośrodkiem międzygwiezdnym. Mogą także być produkowane, gdy cząstki składające się na ciemną materię anihilują się nawzajem. Może się okazać, że dzięki poszukiwaniom antymaterii, uda nam się znaleźć… ciemną materię. Pomoże w tym nadchodząca misja balonowa GAPS (General AntiParticle Spectrometer).
Aby sprawdzić, czy ciemna materia jest źródłem stojącym za potencjalnymi detekcjami lekkich antyjąder z kosmosu, naukowcy muszą dokładnie określić, skąd pochodzi ich strumień. Badając sposób, w jaki jądra antyhelu-31 produkowane w zderzeniach ciężkich jonów i protonów w LHC oddziałują z detektorem ALICE, fizycy byli w stanie po raz pierwszy zmierzyć tempo, w jakim jądra antyhelu-3 znikają, gdy napotykają koinomaterię. To pierwsze pomiary tego typu w historii.
Czytaj też: Gdzie zniknęła antymateria? Astronomowie odkrywają jedną z największych tajemnic Wszechświata
Uzyskane dane wprowadzono do programu komputerowego GALPROP, który symuluje rozchodzenie się cząstek kosmicznych (w tym antyjąder). Przeanalizowano dwa scenariusze: w jednym źródłem cząstek są interakcje promieniowania kosmicznego z ośrodkiem międzygwiazdowym, a w drugim hipotetyczne cząstki WIMP. Dla każdego modelu naukowcy oszacowali przezroczystość Drogi Mlecznej dla jąder antyhelu-3, czyli zdolność naszej galaktyki do przepuszczania jąder bez ich pochłaniania. W pierwszym przypadku przezroczystość wynosiła ok. 25-90 proc. (w zależności od energii antyjądra), a w drugim ok. 50 proc. To potwierdza, że jądra antyhelu-3 trafiające na Ziemię z Drogi Mlecznej mogą pokonywać duże odległości (rzędu kilku kiloparseków).
Nasze wyniki pokazują, że jądra antyhelu-3 pochodzące aż z centrum Drogi Mlecznej mogą dotrzeć do miejsc bliskich Ziemi. Po raz pierwszy udało się to na podstawie bezpośredniego pomiaru absorpcji. Dr Andrea Dainese, koordynator eksperymentu ALICE
