Quelque part loin dans l'univers, une étoile éclate et une cascade commence.
L'énergie et les petits morceaux de matière s'éloignent dans toutes les directions de la supernova fleurie. Ils impactent les planètes et autres étoiles et se brisent dans les milieux interstellaires, et une petite partie d'entre eux atteignent la Terre.
Ce sont des rayons cosmiques primaires, des faisceaux lumineux et des particules subatomiques fantomatiques appelés neutrinos que les scientifiques détectent avec de fins télescopes et un étrange détecteur encore enfoui sous la glace du pôle Sud. Ils arrivent dans un torrent de toutes les directions à la fois, alors que les étoiles meurent dans tout l'univers.
Mais ce ne sont pas les seuls rayons cosmiques. Il existe un autre type, plus difficile à détecter et mystérieux.
Lorsque les rayons cosmiques primaires entrent en collision avec les médias interstellaires - les choses inconnues et invisibles entre les étoiles - ces médias prennent vie, envoyant leurs propres flux de particules chargées dans l'espace, a déclaré Samuel Ting, professeur de physique au Massachusetts Institute of Technology qui a gagné le prix Nobel en 1976 pour avoir découvert la première d'une étrange nouvelle classe de particules composée à la fois de quarks de matière et d'antimatière.
Et dans un nouvel article publié le 11 janvier dans la revue Physical Review Letters, Ting et ses collègues ont décrit plus en détail ce que sont ces particules et comment elles se comportent. Plus précisément, les chercheurs ont décrit les charges et les spectres des particules de noyaux de lithium, de béryllium et de bore qui pénètrent dans l'atmosphère terrestre - en s'appuyant sur des résultats antérieurs décrivant les charges et les spectres des rayons d'hélium, de carbone et d'oxygène.
"Pour les étudier, vous devez placer un appareil magnétique dans l'espace, car au sol, les rayons cosmiques chargés sont absorbés par les 100 kilomètres de l'atmosphère", a déclaré Ting à Live Science.
Les résultats de cet article sont l'aboutissement de plus de deux décennies de travail, remontant à une réunion en mai 1994, lorsque Ting et plusieurs autres physiciens sont allés rendre visite à Daniel Goldin, alors administrateur de la NASA. L'objectif: convaincre Goldin de placer un aimant sur la Station spatiale internationale (ISS), dont la construction commencera quatre ans plus tard, en 1998. Sans aimant, les particules cosmiques passeraient simplement à travers tous les détecteurs en ligne droite, sans informations sur leurs propriétés, a déclaré Ting.
Goldin "a écouté attentivement", a déclaré Ting. "Il a dit que c'était une bonne idée d'expérience pour la station spatiale. Mais personne n'a jamais mis d'aimant dans l'espace, car un aimant dans l'espace - car il interagit avec le champ magnétique terrestre - produira un couple et la station spatiale perdra le contrôle . C'est comme une boussole magnétique. "
Pour éviter de tordre l'ISS du ciel, Ting et ses collaborateurs ont construit le spectromètre magnétique alpha (AMS): un détecteur de particules aussi précis que ceux du Fermilab et du CERN, mais miniaturisé et placé à l'intérieur d'un tube magnétique creux. De manière critique, les deux moitiés du tube ont des polarités inversées, donc elles couple la station spatiale dans des directions opposées, s'annulant l'une l'autre, a déclaré Ting.
En 2011, l'AMS s'est rendu dans l'espace à bord de la navette spatiale Endeavour, l'avant-dernière mission de ce vaisseau. Et pendant une grande partie de la dernière décennie, l'AMS a détecté en silence 100 milliards de rayons cosmiques.
En fin de compte, Ting et son équipe espèrent utiliser ces données pour répondre à des questions très spécifiques sur l'univers, a-t-il déclaré. (Bien qu'il puisse également répondre à des questions plus banales, telles que les particules qui peuvent projeter les astronautes sur le chemin de Mars.)
"Les gens disent" médias interstellaires ". Qu'est-ce que les médias interstellaires? Quelle est la propriété? Personne ne le sait vraiment", a déclaré Ting. "Quatre-vingt-dix pour cent de la matière dans l'univers que vous ne pouvez pas voir. Et, par conséquent, vous l'appelez matière noire. Et la question est: Qu'est-ce que la matière noire? Maintenant, pour ce faire, vous devez mesurer très précisément les positrons, les antiprotons, les anti -hélium, et toutes ces choses. "
Ting a déclaré que grâce à des mesures minutieuses de la matière et de l'antimatière arrivant dans les rayons cosmiques secondaires, il espère offrir aux théoriciens les outils nécessaires pour décrire la matière invisible dans l'univers - et à travers cette description, comprendre pourquoi l'univers est fait de matière à tout, et non l'antimatière. De nombreux physiciens, dont Ting, croient que la matière noire pourrait être la clé pour résoudre ce problème.
"Au début, il doit y avoir une quantité égale de matière et d'antimatière. Alors, les questions: pourquoi l'univers n'est-il pas fait d'antimatière? Que s'est-il passé? Y a-t-il de l'anti-hélium? Anti-carbone? Anti-oxygène? Où sont-ils?"
Live Science a contacté un certain nombre de théoriciens travaillant sur la matière noire pour discuter du travail de Ting et de cet article, et beaucoup ont averti que les résultats d'AMS n'avaient pas encore beaucoup éclairé le sujet - en grande partie parce que l'instrument n'a pas encore fait de mesures fermes de l'espace. l'antimatière (bien qu'il y ait eu quelques premiers résultats prometteurs).
"La façon dont les rayons cosmiques se forment et se propagent est un problème fascinant et important qui peut nous aider à comprendre le milieu interstellaire et potentiellement même les explosions de haute énergie dans d'autres galaxies", a écrit Katie Mack, astrophysicienne à la North Carolina State University, dans un courriel, ajoutant que l'AMS est un élément essentiel de ce projet.
Il est possible que l'AMS produise des résultats d'antimatière plus importants et vérifiés, a déclaré Mack, ou que les détections de matière - comme celles décrites dans cet article - aideront les chercheurs à répondre aux questions sur la matière noire. Mais ce n'est pas encore arrivé. "Mais pour la recherche sur la matière noire", a-t-elle déclaré à Live Science, "la chose la plus importante est ce que l'expérience peut nous dire sur l'antimatière, car c'est la matière noire qui s'annule en paires matière-antimatière qui est la signal clé recherché. "
Ting a déclaré que le projet y arrivait.
"Nous mesurons des positrons. Et le spectre ressemble beaucoup au spectre théorique de la matière noire. Mais nous avons besoin de plus de statistiques pour confirmer, et le taux est très faible. Donc, nous devons juste attendre quelques années", a déclaré Ting.
