Ο γιγαντιαίος διαστημικός μαγνήτης μπορεί να έχει παγιδεύσει αντιήλιο, εγείροντας την ιδέα για παρατεταμένες δεξαμενές αντιύλης στον κόσμο
Ο Σαμ Τινγκ μιλάει απαλά και σκόπιμα καθώς ετοιμάζεται να μεταφέρει μερικά ζουμερά νέα στο κοινό του. "Κανονικά δεν μπορείτε να με ακούσετε ούτως ή άλλως", αστειεύεται ο φυσικός στην αρχή μιας ομιλίας τον περασμένο Δεκέμβριο στο CERN, το εργαστήριο σωματιδιακής φυσικής κοντά στη Γενεύη της Ελβετίας, ενώ ένας τεχνικός ασχολείται με το μικρόφωνό του.
Ο Τινγκ μπορεί να είναι ήπιος, αλλά λίγοι θα τον αποκαλούσαν αποσυρόμενο. Πριν από δύο δεκαετίες, ο Ting έπεισε τους χρηματοδότες να ξοδέψουν 1,5 δισεκατομμύρια δολάρια για την κατασκευή του Alpha Magnetic Spectrometer (AMS). Το 2011, η NASA εκτόξευσε τον μαγνήτη 8,5 μετρικών τόνων στην προτελευταία πτήση του διαστημικού λεωφορείου και τον προσάρτησε στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (ISS). Τώρα αιχμαλωτίζει ξανά την προσοχή, με έναν υπαινιγμό—θαμμένο στο τέλος της ομιλίας του—ότι το AMS επιτέλους εκπληρώνει την υπόσχεση του αρχικού του ονόματος, όταν το «AM» αντιπροσώπευε το «αντιύλη».
Μέχρι στιγμής, το AMS έχει μετρήσει τις μάζες και τα ηλεκτρικά φορτία περίπου 90 δισεκατομμυρίων σωματιδίων που έχουν περάσει μέσα από τη μάζα του μαγνήτη. Σχεδόν όλα αυτά είναι πρωτόνια και πυρήνες ηλίου, μαζί με ένα σωρό ηλεκτρονίων και πυρήνες άνθρακα, οξυγόνου και σιδήρου. Λίγα πολύτιμα είναι τα αντιπρωτόνια και τα ποζιτρόνια:τα αντίστοιχα αντιύλη των πρωτονίων και των ηλεκτρονίων. Για τον Ting, αυτά τα αντισωματίδια μπορεί να αποτελούν ενδείξεις για την αόρατη "σκοτεινή ύλη" που βαραίνει τους γαλαξίες με επιπλέον βαρύτητα, αν και πολλοί αστροφυσικοί τα θεωρούν ως το υποπροϊόν των βαρέων γαλαξιακών γεγονότων.
Ωστόσο, αυτά τα αντισωματίδια δεν είναι τα μεγάλα νέα του Ting. Στο CERN, και ξανά σε μια ομιλία στις 16 Φεβρουαρίου στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης (MIT) στο Κέμπριτζ, όπου εργάζεται από το 1969, ο Ting λέει ότι το AMS μπορεί να έχει παγιδεύσει μια μεγαλύτερη και πιο περίεργη μορφή αντιύλης. Το AMS, λέει, έχει δει μια χούφτα υποψήφια σωματίδια αντιηλίου-3, κατασκευασμένα από δύο αντιπρωτόνια και ένα αντινετρόνιο. Σε εργαστήρια στη Γη, οι φυσικοί έχουν φτιάξει αντιήλιο για μερικές φευγαλέες στιγμές, αλλά κανείς δεν το έχει εντοπίσει ποτέ στο διάστημα.
«Ήταν συγκλονιστικό», λέει ο φυσικός Michael Salamon, διευθυντής έργου AMS στο Υπουργείο Ενέργειας (DOE) στην Ουάσιγκτον, D.C., ο οποίος άκουσε για τα αποτελέσματα όταν ο Ting τον κάλεσε κατά τη διάρκεια διακοπών. Είναι τόσο απροσδόκητο που ο Ting λέει ότι απέφυγε να δημοσιεύσει το εύρημα ή ακόμη και να ρωτήσει τους θεωρητικούς τι μπορεί να συμβαίνει. «Θέλω να βεβαιωθώ ότι το σήμα είναι γνήσιο», λέει στο Science. Η ανίχνευση αντιηλίου στη φύση θα μπορούσε να ταρακουνήσει την κοσμολογία. Μια μόνο επιβεβαιωμένη ανίχνευση θα μπορούσε να υποδεικνύει την ύπαρξη νησιών αντιύλης που έχουν επιζήσει από τη Μεγάλη Έκρηξη ή να υποδηλώνει αλληλεπιδράσεις σωματιδίων πέρα από το τυπικό μοντέλο της φυσικής. Και για τον Τινγκ, ο οποίος έκλεισε τα 81 τον Ιανουάριο, θα ήταν μια δικαίωση, μια τελευταία απάντηση στους σκληρούς επικριτές του.
Το 1976, ο Ting μοιράστηκε το Νόμπελ Φυσικής για την ανακάλυψη ενός υποατομικού σωματιδίου που ονομάζεται μεσόνιο J/Psi. Ήταν το 1994 όταν πρότεινε για πρώτη φορά τη χρήση του AMS για να μεταφέρει το κυνήγι σωματιδίων στο διάστημα. Αμέσως σχεδίασε το flak. Κάποιοι υποστήριξαν ότι το έργο, που χρηματοδοτήθηκε από διεθνείς εταίρους και το DOE, είχε κερδίσει υποστήριξη μέσω έξυπνων πολιτικών ελιγμών αντί μιας κανονικής επιστημονικής ανασκόπησης και ότι δεν θα παρείχε μεγάλες γνώσεις. Τα αποτελέσματα του Ting μέχρι στιγμής ισοδυναμούν με "φυσική με συνέντευξη Τύπου", λέει ο Greg Tarlé, αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο του Michigan στο Ann Arbor και φωνητικός κριτικός του Ting και του AMS.
Το αποτέλεσμα AMS του Ting - ότι περισσότερα ποζιτρόνια υψηλής ενέργειας από τα αναμενόμενα βουίζουν γύρω από τον γαλαξία - δεν έχει εντυπωσιάσει τους αμφισβητούμενους. Αυτή η περίσσεια ποζιτρονίων, την οποία βρήκε ένας ευρωπαϊκός δορυφόρος στα μέσα της δεκαετίας του 2000 και το AMS επιβεβαίωσε, έχει πυροδοτήσει εκατοντάδες θεωρητικά έγγραφα που το συνδέουν με υποθετικά σωματίδια σκοτεινής ύλης. Η αμοιβαία εκμηδένιση αυτών των σωματιδίων μπορεί να δημιουργήσει ένα μισό-μισό μείγμα ηλεκτρονίων και ποζιτρονίων σε ένα στενό εύρος ενέργειας. Τα ηλεκτρόνια θα εξασθενούσαν σε μια θάλασσα ηλεκτρονίων από άλλες πηγές, αλλά τα πιο σπάνια ποζιτρόνια μπορεί να ξεχωρίζουν. Για τον Ting, η καλύτερη εξήγηση για τα επιπλέον ποζιτρόνια είναι ένα σωματίδιο σκοτεινής ύλης με μάζα 1 τεραηλεκτρονβολτ—περίπου τόση ενέργεια όσο ένα ιπτάμενο κουνούπι.
Άλλοι ερευνητές προτιμούν πιο γνωστές αστροφυσικές πηγές. Ο πολλαπλασιασμός των μοντέλων της σκοτεινής ύλης, συμπεριλαμβανομένων αυτών που επισημαίνει ο Ting, "ίσως έχει να κάνει περισσότερο με τις κοινότητες και το πόσο γρήγορα γράφουν έγγραφα παρά με την επιστήμη", λέει ο Tim Linden, αστροφυσικός σωματιδίων στο The Ohio State University στο Columbus. Αυτός και άλλοι σημειώνουν ότι ο Γαλαξίας είναι ένα ακατάστατο εργαστήριο, γεμάτο πάλσαρ - τους περιστρεφόμενους, εξαιρετικά μαγνητικούς πυρήνες των αστεριών που έχουν καταρρεύσει - και σουπερνόβα, που επιταχύνουν τα πρωτόνια σε εξαιρετικά υψηλές ενέργειες και τα στέλνουν να χτυπούν σε ψυχρότερο αέριο. Και τα δύο φαινόμενα θα μπορούσαν να δημιουργήσουν την αντιύλη που βλέπει το AMS.
Αλλά οι "τέσσερις ή πέντε" υποψήφιοι αντιηλίου, ο Ting, λέει ότι έχει καταγραφεί τα τελευταία 5 χρόνια θα ήταν κάτι εντελώς διαφορετικό. Υπάρχουν λίγοι πιθανοί τρόποι για τις συμβατικές αστροφυσικές διεργασίες ή τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης να δημιουργήσουν τόσο πολύ αντιήλιο, λέει η Kerstin Perez, αστροφυσικός σωματιδίων στο MIT. Συνοδηγεί ένα πείραμα με μπαλόνι που θα μπορούσε να αναζητήσει αντιήλιο όταν εκτοξευθεί πάνω από την Ανταρκτική το 2020. «Αν είναι αληθινό», λέει για τον ισχυρισμό του Τινγκ, «είναι κάτι θεμελιωδώς νέο».
Θα επικυρώσει επίσης την αρχική πρόταση του Ting. Όταν ο Ting πούλησε τη NASA και το DOE στο AMS, είπε ότι μπορεί να βρει αιωρούμενα σωματίδια από οάσεις αντιύλης, βοηθώντας στην επίλυση ενός βαθύ γρίφου. Η μεγάλη έκρηξη παρήγαγε ύλη και αντιύλη σε ίσες ποσότητες. Αμέσως μετά, άρχισαν να συγκρούονται και να εξολοθρεύονται ο ένας τον άλλον σε ρουφηξιές ακτίνες γάμμα. Αλλά με κάποιο τρόπο, η ύλη έφτασε να κυριαρχεί στο παρατηρήσιμο σύμπαν. Αυτό θα μπορούσε να οφείλεται σε κάποια θεμελιώδη διαφορά μεταξύ των δύο - ή ίσως ήταν απλώς μια ανατροπή νομίσματος, όπου ορισμένες περιοχές του διαστήματος άρχισαν να κυβερνώνται από το ένα ή το άλλο. Η ιδέα του Ting να αναζητήσει αυτές τις περιοχές ενθάρρυνε τους επικριτές του, οι οποίοι το θεώρησαν περίεργο επειδή συστάδες αντιύλης που συνυπάρχουν με κανονικούς γαλαξίες θα παρήγαγαν περισσότερη ακτινοβολία γάμμα από ό,τι παρατηρούν οι αστρονόμοι. Επιπλέον, τα μεγάλα αντισωματίδια δεν μπορούσαν εύκολα να επιβιώσουν στο ταξίδι προς το AMS. Αλλά αν υπήρχε αντιύλη, το AMS θα τη μύριζε—ή έτσι πήγαινε το αρχικό βήμα.
Ωστόσο, η αίσθηση τόσο εντός όσο και εκτός της ομάδας AMS είναι ότι είναι ακόμα πολύ νωρίς για να αποκλείσουμε μια πιο συνηθισμένη εξήγηση:ένα πρόβλημα στον ανιχνευτή. Καθώς τα φορτισμένα σωματίδια περνούν μέσα από τον μαγνήτη σε σχήμα ντόνατ, το πεδίο του κάμπτει τις διαδρομές τους σε καμπύλες υπογραφής που δείχνουν το φορτίο και την ορμή τους. Τα σωματίδια περνούν από εννέα ψυχόμενους ανιχνευτές πυριτίου που παρακολουθούν τις καμπύλες. Περίπου ένα δισεκατομμύριο φορές το χρόνο το σωματίδιο αποδεικνύεται ότι είναι ένας πυρήνας ηλίου, με δύο θετικά φορτία. Αλλά κάθε χρόνο φέρνει επίσης ένα γεγονός περίπου που για όλους ο κόσμος μοιάζει να καμπυλώνεται με φορτίο ίσο με μείον δύο, λέει ο Ting—η αναμενόμενη υπογραφή του αντιηλίου. Τα γεγονότα θα μπορούσαν απλώς να είναι ήλιο που αναπηδά ασυνήθιστα από ένα άτομο μέσα στο πείραμα, οδηγώντας σε εσφαλμένη αναγνώριση. Αλλά η ομάδα χρησιμοποίησε υπολογιστές για να μοντελοποιήσει όλες τις πιθανές διαδρομές που θα μπορούσε να ακολουθήσει ένα σωματίδιο στον ανιχνευτή. «Ακόμα δεν βλέπουμε κανέναν πιθανό τρόπο να προέλθει αυτό από οποιοδήποτε υπόβαθρο», λέει ο Ting. "Πολλοί άνθρωποι στη συνεργασία πιστεύουν ότι πρέπει να το δημοσιεύσουμε."
Το ότι δεν το έχει κάνει ακόμα είναι χαρακτηριστικό του Ting, λένε οι υποστηρικτές του. «Αυτό είναι το σήμα κατατεθέν του, να το πω έτσι, να είναι εξαιρετικά σίγουρος όταν βγαίνει κάτι», λέει ο Philip von Doetinchem από το Πανεπιστήμιο της Χαβάης στη Χονολουλού, ο οποίος είναι μέλος της ομάδας AMS αλλά δεν έχει ασχοληθεί με το πρόβλημα του αντιηλίου. . Οι κριτικοί όμως το βλέπουν διαφορετικά. «Ξέρει ότι έχει ένα οργανικό πρόβλημα», λέει ο Tarlé. Για τον Tarlé, ο Ting παίζει στρατηγικά κομπασμό για να συγκεντρώσει περαιτέρω υποστήριξη για την αποστολή.
Και ο Τινγκ μπορεί να το χρειαστεί. Το DOE, το οποίο θα επανεξετάσει το AMS το 2019, είναι πρόθυμο για ανακαλύψεις - όχι αστροφυσική ρουτίνας. «Η κατανόηση των φασμάτων συγκεκριμένων ειδών κοσμικών ακτίνων είναι καλό να γνωρίζουμε, αλλά δεν είναι τόσο σημαντικό, ειλικρινά», λέει ο Salamon. Μια πιο πιεστική ανησυχία είναι ότι μόνο μία από τις τέσσερις περιττές αντλίες που ψύχουν τους ιχνηλάτες πυριτίου λειτουργεί σε πλήρη ισχύ.
Εάν το AMS μπορεί να διαρκέσει μέχρι το 2024, όταν οι Ηνωμένες Πολιτείες και άλλα έθνη σχεδιάζουν να σταματήσουν τη χρηματοδότηση του ISS, ο μαγνήτης θα μπορεί να διπλασιάσει την απογραφή των σωματιδίων του. Η επίτευξή του όχι μόνο θα βοηθούσε στη διαφοροποίηση μεταξύ εξωτικών και εγκόσμιων ερμηνειών των σημάτων ποζιτρονίων του, αλλά θα μπορούσε επίσης να δώσει στον Ting περισσότερους υποψηφίους αντιηλίου. Ο Ting δεν θα πει αν το να έχεις 10 ή περισσότερα θα παρέχει τη στατιστική ισχύ που απαιτείται για να το χαρακτηρίσεις ανακάλυψη, αλλά λέει ότι το καθένα βοηθά.
Ο Τινγκ λέει ότι σχεδιάζει να αντικαταστήσει τις σπασμένες αντλίες με ένα νέο σύστημα που θα εγκαταστήσουν οι αστροναύτες κατά τη διάρκεια ενός διαστημικού περιπάτου. Ένας εκπρόσωπος της NASA επιβεβαιώνει ότι ο σχεδιασμός για την επισκευή βρίσκεται σε εξέλιξη, σε περίπτωση που χαλάσει η τελευταία αντλία. Ο οργανισμός έχει αφιερώσει 16 εκατομμύρια δολάρια σε πιθανούς διαστημικούς περιπάτους από τώρα έως το 2019. Η DOE και οι διεθνείς συνεργάτες της Ting έχουν ήδη αγοράσει τα ανταλλακτικά, λέει. "Δεν υπάρχει θέμα χρημάτων", λέει ο Ting.
Εάν, μετά από τόσα χρόνια, το AMS δεν βρει αντιήλιο, δεν θα είναι λόγω έλλειψης προσπάθειας.
Διευκρίνιση:Μια προηγούμενη έκδοση της ιστορίας υπέδειξε εσφαλμένα ότι η DOE είναι ανυπόμονη με το έργο AMS.
