نوعی طیف‌سنج مغناطیسی بر روی ایستگاه بین المللی فضایی٬ با مطالعه بر روی پرتو‌های کیهانی، پادماده پوزیترونی که در این پرتو‌ها قرار دارد را آشکارسازی می‌کند. با مطالعه بر روی این پادماده این پیشنهاد مطرح می‌شود که منشأ آن ماده‌ی تاریک است. برای تایید قطعی این نتیجه همچنان به داده‌های بیشتری نیاز است.

یک آزمایش ۲ میلیارد دلاری بر روی ایستگاه بین‌المللی فضایی٬ نخستین داده‌ی خود را ارایه داده است. این داده از شمارش بی‌سابقه‌ی ذرات زیراتمی باردار که از زمین رد می‌شوند به‌دست می‌آید. با وجود این‌که٬ نتایج ارایه شده در سرن (Geneva) در تاریخ ۳ آپریل، به طور گسترده٬ مشاهده‌های پیشین را تایید می‌کنند، پژوهش‌گران امید دارند که این نتایج منجر به کشف ماهیت ماده‌ی تاریک شود. ماده‌ی تاریک شکل نامرئی ماده است که سهم بیشتری نسبت به ماده عادی را در جهان به خود اختصاص داده است (چیزی بیش از نسبت 5 به 1).

طیف‌سنج مغناطیسی آلفا (Alpha Magnetic Spectrometer, AMS)، آخرین و بلند‌پروازانه‌ترین تلاش برای کشف ماهیت ماده‌ی تاریک٬ از راه جستجو در پرتوی کیهانی است. پرتو‌های کیهانی٬ ذرات زیر اتمی بارداری هستند که در فضا پرسه می‌زنند. فیزیک‌دانان نظری پیشنهاد می‌کنند که٬ ماده‌ی تاریک از ذرات ناشناخته‌ای تشکیل شده که از طریق برخورد با هم و یا نابود ساختن یکدیگر٬ پرتوهای کیهانی قابل آشکار٬ مانند الکترون و همتای پادماده‌اش یعنی پوزیترون٬ تولید می‌کنند.

نخستین دسته از نتیجه‌های AMS در تاریخ 3 آپریل در نشریه Physical Review Letters به چاپ رسید. این نتیجه‌ها شامل حدوداً  25 میلیارد ذره آشکارسازی شده در مدت یک سال و نیم است٬ که در بر‌دارنده ی 6.8 میلیون اندازه‌گیری از الکترون‌ها و پوزیترون‌هایی است که می‌توانند از ماده‌ی تاریک آمده باشند. AMS دقت داده‌های اولیه را افزایش داده است و ذرات را در انرژی‌های بالاتر نسبت به آزمایش‌گر‌های قبلی آشکارسازی می‌کند. همچنین AMS کشف کرده است که ذرات در اندازه‌های مساوی از همه‌ی جهت‌ها به آشکار‌ساز می‌رسند.

به گفته‌ی کاترین فرز (Katherine Freese)، اختر فیزیک‌دان نظری در دانشگاه میشیگان در آن آربور، هیچ‌یک از داده‌های جدید سرنخی از منبع پوزیترون نمی‌دهد. او می‌گوید٬ مسیر‌های این ذرات باردار با عبور از میدان مغناطیسی می‌تواند تغییر کند. برای همین تعیین اینکه این ذرات از چه مکانی سفر خود را آغاز کرده اند٬ دشوار است. او شرط می‌بندد که تپ اختر‌ها (pulsars)، ستاره‌هایی که با سرعت زیاد در حال دوران به دور خود هستند، پوزیترون‌ها را تولید و آن‌ها را با استفاده از میدان مغناطیسی قدرتمندی آن‌سوی کهکشان پرتاب می‌کنند. به گفته‌ی او٬ «مدت زمانی طول می‌کشد تا بتوان این ذرات را طبقه‌بندی کرد».

در میانه دهه‌ی 1990 فیزیک‌دان‌ها نخستین نگاه سریع خود را به پرتو‌های کیهانی انداختند، این پرتو‌ها می‌توانند نتیجه‌ی نابودی ماده‌ی تاریک باشند. تلسکوپ پاد‌ماده‌ی پرانرژی (The High Energy Antimatter Telescope)، آشکار‌ساز پرتوی کیهانی که به یک بالون در ارتفاع بالا متصل است، تعداد غیر منتظره‌ی بالایی از پوزیترون‌ها را کشف کرده است. این نتیجه‌ با این فرض که نابودی ماده‌ی تاریک این ذرات باردار را تولید می‌کند هم‌خوانی دارد. در پنج سال اخیر دو آشکار‌ساز مستقر در فضا یکی PAMELA (Payload for Antimatter Matter Exploration and Light-nuclei Astrophysics) و دیگری تلسکوپ فضایی پرتوی گامای فرمی (Fermi Gamma-ray Space Telescope) شواهد قطعی بیشتری از پوزیترون‌های خارجی کشف کردند.

شکارچی ماده‌ی تاریک- طیف نگار مغناطیسی آلفا بر روی ایستگاه فضایی بین المللی در ارتفاع 400 کیلومتری بالای سطح زمین قرار دارد. یافته‌های جدید از آشکارساز٬ مشاهده‌های پیشین را برای پاد‌ماده تایید می‌کند.

متاسفانه، برای شکارچیان ماده تاریک٬ جزئیات مشاهده‌های کاوشگر‌ها به خوبی با نظریه‌ها تطابق ندارد. این نظریه‌ها پیشبینی می‌کنند که پرتو‌های کیهانی نتیجه‌ی نابودی ماده تاریک است. علاوه بر الکترون‌ها و پوزیترون‌ها، نابودی ماده تاریک باید نشانه‌های دیگری مانند پاد‌پروتون‌های اضافه (ازخانواده‌ی پادماده‌ی پروتون)، پرتو‌های گاما و امواج رادیویی داشته باشد. اما آشکار‌ساز‌ها هیچ شاهدی برای هیچ یک از نشانه‌های گفته شده پیدا نکردند.

پژوهش‌گران امید دارند که AMS بتواند نقاط ابهام این بحث را آشکار کند. علت آن این است که این طیف سنج نسبت به دیگر آشکار‌ساز‌های پرتو های کیهانی برتری دارد. علاوه بر توانایی‌های آن، قرار گرفتنش بر روی ایستگاه فضایی بین المللی٬ این امکان را فراهم ساخته تا بتواند از تمام طیف پرتوهای ‌کیهانی در بالای جو زمین نمونه‌گیری کند. این خصوصیت باعث می‌شود تا مولکول‌های موجود هوا در این اندازه‌گیری حذف شوند. این مولکول‌ها مانع رسیدن بسیاری از پرتو‌های کیهانی به زمین هستند. وجود یک آهن‌ربای قدرتمند و سنسور‌های دقیق در AMS به پژوهش‌گران این امکان را می‌دهد تا ذرات مشابه را که رفتار یکسانی دارند مانند پروتون و پوزیترون، از هم تفکیک کنند.

ساموئل تینگ (Samuel Ting)٬ برنده‌ی جایزه نوبل از ام-آی-تی که آزمایش AMS را سرپرستی می‌کند، نسبت به شانس‌های پروژه خوش‌بین است. به گفته‌ی او: «من فکر می‌کنم پرسشی وجود ندارد و ما در حال حل این مسئله (منشا پوزیترون‌ها) هستیم». یکی از سرنخ‌ها از مطالعه‌ی فراوانی پوزیترون‌ها در انرژی‌های بالا می‌آید، این مطالعه را برای نخستین بار AMS انجام داد. به طور کلی، تعداد پوزیترون‌ها با افزایش انرژی زیاد می‌شود، اما داده‌های جدید نشان می‌دهد که در یک نقطه‌ی مشخص این افزایش به تدریج از بین می‌رود.

تینگ می‌گوید، اگر تعداد پوزیترون‌ها در انرژی‌های بالا ناگهان کاهش پیدا کند این پدیده ماده‌ی تاریک را به عنوان منبع این ذرات پیشنهاد می‌کند. او می‌گوید برای یک نتیجه گیری قطعی٬ حداقل چند ماه طول می‌کشد تا AMS تعداد کافی از این ذرات پر انرژی را آشکار کند. پیر گیورجی پیکوزا (Piergiorgio Picozza) سخنگوی ماموریت PAMELA مشتافانه در انتظار خبر از AMS است. طبق گفته‌ی او٬ نتیجه‌ی داده‌ها ممکن است با یک خبر غیر منتظره خوشایند همراه باشد. «باید منتظر و امیدوار باشیم».

آدام فالکوسکی (Adam Falkowski) فزیک‌دان ذرات در مرکز ملی پژوهش‌های علمی در پاریس، بیشتر٬ بدبین است. او در وبلاگ خود می‌نویسد: «در حال حاضر و در زمان‌های زود، به طور یقین راهی وجود ندارد تا اندازه‌گیری‌های طیف پوزیترون شواهد قوی برای ماده‌ی تاریک به ما بدهد».

از نظر تینگ این نتیجه‌ها مدت زمان زیادی است که در حال آمدنند. او برای نخستین بار٬ ایده‌ی آشکار‌ساز پرتوی کیهانی مستقر در فضا را در سال 1994 پیشنهاد کرد. او این پروژه را با لابی‌گری در بخش اداری ناسا و کنگره در طی سال‌های اخیر، سال‌های افزایش هزینه و انفجار شاتل فضایی کلمبیا در سال 2003، سر پا نگه داشت. سر انجام کار بزرگ 8500 کیلوگرمی با پرواز یکی مانده به آخر شاتل٬ در ماه می ٬2011 بر ایستگاه فضایی بین المللی قرار گرفت.

آشکارسازی ماده ی تاریک٬ یکی از چند هدف AMS است. بعد از آشکارسازی بیش از یک میلیارد ذرات٬ این وسیله ممکن است هسته‌ی پادماده‌ای که چند لحظه پس از انفجار بزرگ وجود داشته را پیدا کند. سایر همتاهای این پاد‌ماده با با ماده معمولی برخورد کردند و نابود شدند. همچنین امکان تعیین منبع پرتو‌های کیهانی درون کهکشان راه شیری و کشف دیگر انواع خارجی ماده توسط AMS وجود دارد.

منبع

http://www.sciencenews.org/view/generic/id/349352/description/Cosmic_ray_detector_confirms_hints_of_dark_matter