Op 19 mei, 2011, astronauten gebruikten een op afstand bestuurbare robotarm om een ​​bijna 17, 000-pond laadvermogen aan de zijkant van het internationale ruimtestation. Die lading was de Alpha Magnetic Spectrometer, of AMS-02, een internationaal experiment gesponsord door het Amerikaanse ministerie van Energie en NASA.

AMS is ontworpen om kosmische straling te detecteren, zeer energetische deeltjes en kernen die de aarde vanuit de ruimte bombarderen. Sinds de installatie ervan, AMS heeft gegevens verzameld van meer dan 90 miljard kosmische stralingsgebeurtenissen, experimentleider Sam Ting meldde vandaag in een colloquium op het hoofdkwartier van het experiment, CERN Europees onderzoekscentrum.

Ting, een Nobelprijswinnaar en Thomas Dudley Cabot Professor of Physics aan het Massachusetts Institute of Technology, deelde tijdens zijn lezing een mix van nieuwe en recente resultaten. Samen gaven ze de hardnekkige boodschap van het AMS-experiment weer:we hebben nog veel te leren van kosmische straling.

Voor een, kosmische straling zou ons kunnen vertellen over de onbalans tussen materie en antimaterie in het universum.

Omdat materie- en antimateriedeeltjes in paren ontstaan, wetenschappers denken dat de oerknal de helft van elk had moeten produceren. Maar die gelijkwaardige partners zouden elkaar hebben vernietigd, en we zouden niet bestaan.

De algemeen aanvaarde theorie is dat deze onbalans tot stand is gekomen dankzij processen in het zeer jonge universum die de voorkeur geven aan materie boven antimaterie. Maar een alternatief idee is dat er nog steeds een grote hoeveelheid antimaterie is; het heeft gewoon geen kans gehad om te botsen met ons met materie gevulde universum.

Een aanwijzing dat dit het geval is, is het vinden van een antimateriekern in het wild.

Met de verwaarloosbare hoeveelheid antimaterie die in ons universum bestaat, "het is bijna onmogelijk om iets groters te maken dan een proton, ", zegt AMS plaatsvervangend hoofdonderzoeker Mike Capell van MIT. "Het is niet erg waarschijnlijk dat de antimaterie samenkomt om in een antihelium- of antikoolstofkern te botsen."

AMS-wetenschappers beweren niet dat ze antihelium hebben gedetecteerd, maar ze kondigden wel aan dat ze "enkele" kandidaat-evenementen niet hebben uitgesloten.

"Gezien het succes van het standaard kosmologische model en de afwezigheid van gammastraling van hypothetische materie-antimaterie-interfaces, Ik denk dat het erg onwaarschijnlijk is dat er hele sterrenstelsels zouden zijn gemaakt van antimaterie, ", zegt theoretisch astrofysicus Roger Blandford van het Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, een gezamenlijk instituut van Stanford University en SLAC National Accelerator Laboratory. "Maar het is het soort onderzoek dat ons nog steeds een verrassende ontdekking kan opleveren."

Kosmische straling kan ons ook iets vertellen over donkere materie, die nooit direct is gedetecteerd.

Kosmische straling kan bestaan ​​uit een verscheidenheid aan deeltjes, zoals elektronen of hun antimaterie-tegenhangers, positronen. Bij eerdere metingen is AMS ontdekte een verrassend aantal positronen aan de bovenkant van zijn energiebereik. Het is mogelijk dat botsingen tussen donkere materiedeeltjes deze overmaat aan antimateriedeeltjes hebben veroorzaakt.

Een bijgewerkte analyse - deze gebruikt bijna het dubbele aantal elektronen en positronen - blijft dit overschot aantonen. Maar donkere materie is niet de enige mogelijke oorzaak, zegt Blandford.

"Een interpretatie is dat je de vernietiging van donkere materiedeeltjes ziet, "zegt hij. "Maar er kunnen even redelijke verklaringen zijn in verband met traditionele astrofysica die hetzelfde soort signaal zouden kunnen geven."

Pulsars zijn een bijzonder moeilijke alternatieve bron om uit te sluiten. Maar AMS-wetenschappers verwachten dat ze tegen 2024 voldoende gegevens zullen verzamelen om modellen beter te kunnen onderscheiden. Ting zei in zijn presentatie.

Kosmische straling zou ons kunnen vertellen over hun geschiedenis.

Naarmate deeltjes in kosmische straling de lichtsnelheid naderen, de tijd vertraagt ​​effectief voor hen, zoals Albert Einstein voorspelde in zijn relativiteitstheorie. We kunnen bewijs zien van tijdsdilatatie in de verlengde levensduur van deeltjes die met de lichtsnelheid reizen.

In een aanstaande AMS-uitslag wetenschappers kijken naar hoeveel de levens van isotopen van beryllium zich uitstrekken als ze reizen in kosmische straling. Op basis van die meting ze schatten dat de kosmische straling die we in onze melkweg zien ongeveer 12 miljoen jaar oud is.

Kosmische stralen kunnen ons vertellen wat ze meemaken op hun reis naar de aarde.

Zowel observatie als theorie hebben een manier om op dit gebied te gaan, zegt Blandford. "Het zijn allebei werken in uitvoering en, ondanks grote vorderingen, we begrijpen nog steeds niet hoe kosmische straling zich vanuit hun bronnen - voornamelijk supernovaresten - naar de aarde voortplant."

Wanneer kosmische straling in botsing komt, ze kunnen secundaire kosmische straling produceren, die zijn samengesteld uit verschillende ingrediënten. In een recent gepubliceerd resultaat dat de verhouding van boor (alleen gevonden in secundaire kosmische straling) tot koolstof (gevonden in primaire kosmische straling) bij verschillende energieën bestudeert, AMS-wetenschappers vonden mogelijk bewijs van turbulentie in het pad van de kosmische straling naar onze planeet, maar niets dat de overmaat aan positronen zou verklaren.

Eindelijk, kosmische straling zou ons kunnen vertellen dat we niet weten wat we denken te weten.

In een niet-gepubliceerde analyse AMS-wetenschappers ontdekten dat hun metingen van de spectra en verhoudingen van verschillende kernen - protonen, lithium en helium - pasten niet goed bij voorspellingen. Dit zou kunnen betekenen dat de aannames van wetenschappers over kosmische straling opnieuw moeten worden onderzocht.

AMS-wetenschappers willen daarbij helpen. Ze zijn van plan om de komende jaren gegevens te verzamelen van honderden miljarden primaire kosmische straling terwijl hun experiment zijn baan ongeveer 240 mijl boven de aarde voortzet.