Доля позитронов в общем потоке космических электронов и позитронов, определённая «Ферми» и некоторыми другими зондами (иллюстрация авторов работы)
Наблюдения, выполненные обсерваторией «Ферми», показали, что исследование космических лучей, скорее всего, не поможет отыскать тёмную материю.
Датой открытия космических лучей — потоков заряженных субатомных частиц, приходящих на Землю из космического пространства, — принято считать 1912 год, когда австрийский физик Виктор Гесс оценил зависимость скорости ионизации воздуха от высоты. В 1964-м в лучах были обнаружены позитроны, и результаты последующих экспериментов свидетельствовали о том, что доля античастиц в общем потоке позитронов и электронов уменьшается с ростом энергии. Эти данные опроверг запущенный в 2006-м зонд PAMELA: как оказалось, в диапазоне 10–100 ГэВ доля позитронов с повышением энергии увеличивается.
Появление античастиц принято объяснять взаимодействием космических лучей с межзвёздным газом, которое приводит к образованию заряженных пионов, распадающихся на электроны, нейтрино и искомые позитроны. Этот процесс, однако, даёт уменьшающуюся с ростом энергии долю позитронов, и информация PAMELA потребовала разработки новых моделей. О наиболее интересной из них, связывающей рождение «дополнительных» позитронов с аннигиляцией частиц тёмной материи, мы уже рассказывали.
Измерения «Ферми» подтвердили данные PAMELA и расширили исследованный интервал энергий. Теперь учёные могут с уверенностью говорить о том, что доля античастиц в потоке космических позитронов и электронов продолжает расти в диапазоне 100–200 ГэВ.
Физики, выдвинувшие гипотезу об аннигиляции, предполагали, что количество позитронов резко снизится на каком-то уровне энергии, который будет соответствовать массе частиц тёмной материи. Ничего такого, как видим, не произошло, а существование частиц с массой, превышающей 200 ГэВ, плохо согласуется с результатами экспериментов вроде DAMA/LIBRA, направленных на поиск тёмной материи и постепенно сужающих область её возможных параметров. «Я думаю, позитроны, регистрируемые «Ферми» и PAMELA, имеют астрофизическое происхождение, и никаких следов аннигиляции здесь нет», — резюмирует теоретик Паскуале Серпико (Pasquale Serpico), не принимавший участия в обработке новой информации с зонда.
Препринт статьи, подготовленной коллаборацией «Ферми», можно скачать с сайта arXiv.
Подготовлено по материалам NewScientist.
