Die ersten Ergebnisse des größten und komplexesten wissenschaftlichen Instruments an Bord der Internationalen Raumstation haben verlockende Hinweise auf die bestgehüteten Partikelgeheimnisse der Natur geliefert, aber ein endgültiges Signal für dunkle Materie bleibt schwer zu finden. Während das AMS Millionen von Antimaterieteilchen entdeckt hat - mit einem anomalen Anstieg der Positronen -, können die Forscher andere Erklärungen wie nahegelegene Pulsare noch nicht ausschließen.
"Diese Beobachtungen zeigen die Existenz neuer physikalischer Phänomene", sagte AMS-Hauptforscher Samuel Ting, "und ob sie aus Teilchenphysik oder astrophysikalischem Ursprung stammen, erfordern mehr Daten. In den kommenden Monaten wird AMS uns schlüssig mitteilen können, ob diese Positronen ein Signal für dunkle Materie sind oder ob sie einen anderen Ursprung haben. “
Das AMS wurde 2011 während des letzten Fluges des Space Shuttles Endeavour, dem vorletzten Shuttle-Flug, zur ISS gebracht. Das 2-Milliarden-Dollar-Experiment untersucht jede Minute zehntausend kosmische Strahlentreffer und sucht nach Hinweisen auf die fundamentale Natur der Materie.
In den ersten 18 Betriebsmonaten sammelte das AMS 25 Milliarden Ereignisse. Es wurde ein anomaler Überschuss an Positronen im kosmischen Strahlenfluss festgestellt - 6,8 Millionen sind Elektronen oder deren Antimaterie-Gegenstück, Positronen.
Das AMS stellte fest, dass das Verhältnis von Positronen zu Elektronen bei Energien zwischen 10 und 350 Gigaelektronvolt ansteigt, aber Ting und sein Team sagten, der Anstieg sei nicht scharf genug, um ihn eindeutig Kollisionen mit dunkler Materie zuzuschreiben. Sie fanden aber auch heraus, dass das Signal im gesamten Raum gleich aussieht, was zu erwarten wäre, wenn das Signal auf dunkle Materie zurückzuführen wäre - das mysteriöse Material, von dem angenommen wird, dass es Galaxien zusammenhält und dem Universum seine Struktur verleiht.
Darüber hinaus deuten die Energien dieser Positronen darauf hin, dass sie möglicherweise entstanden sind, als Partikel dunkler Materie kollidierten und sich gegenseitig zerstörten.
Die AMS-Ergebnisse stimmen mit den Ergebnissen früherer Teleskope wie der Gammastrahleninstrumente Fermi und PAMELA überein, die ebenfalls einen ähnlichen Anstieg verzeichneten. Laut Ting sind die AMS-Ergebnisse jedoch präziser.
Die heute veröffentlichten Ergebnisse enthalten nicht die Daten der letzten 3 Monate, die noch nicht verarbeitet wurden.
"Als bisher genaueste Messung des Positronenflusses der kosmischen Strahlung zeigen diese Ergebnisse deutlich die Leistung und Leistungsfähigkeit des AMS-Detektors", sagte Ting.
Kosmische Strahlung sind geladene hochenergetische Teilchen, die den Raum durchdringen. Ein Überschuss an Antimaterie im kosmischen Strahlenfluss wurde erstmals vor etwa zwei Jahrzehnten beobachtet. Der Ursprung des Überschusses bleibt jedoch ungeklärt. Eine Möglichkeit, die durch eine als Supersymmetrie bekannte Theorie vorhergesagt wird, besteht darin, dass Positronen erzeugt werden könnten, wenn zwei Teilchen der dunklen Materie kollidieren und vernichten. Ting sagte, dass AMS in den kommenden Jahren die Genauigkeit der Messung weiter verfeinern und das Verhalten der Positronenfraktion bei Energien über 250 GeV klären wird.
Während der Pressekonferenz erklärte Ting, wie schwierig es ist, das AMS im Weltraum zu betreiben, obwohl das AMS im Weltraum und außerhalb der Erdatmosphäre vorhanden ist, sodass die Instrumente ständig mit energiereichen Partikeln versorgt werden können. "Sie können keinen Schüler schicken, um das Problem zu beheben", witzelte er, fügte aber hinzu, dass die Solaranlagen der ISS sowie der Abflug und die Ankunft der verschiedenen Raumfahrzeuge Auswirkungen auf thermische Schwankungen haben können, die die empfindlichen Geräte möglicherweise erkennen. "Sie müssen die Daten ständig überwachen und korrigieren, sonst erhalten Sie keine genauen Ergebnisse", sagte er.
Trotz der Aufzeichnung von über 30 Milliarden kosmischen Strahlen seit der Installation von AMS-2 auf der Internationalen Raumstation im Jahr 2011 basieren die heute veröffentlichten Ergebnisse laut Ting nur auf 10% der Messwerte, die das Instrument während seiner Lebensdauer liefern wird.
Auf die Frage, wie viel Zeit er brauche, um die anomalen Messwerte zu untersuchen, sagte Ting nur: "Langsam." Berichten zufolge wird Ting jedoch im Juli auf der Internationalen Cosmic Ray-Konferenz ein Update bereitstellen.
Weitere Informationen: CERN-Pressemitteilung, Teamarbeit: Erstes Ergebnis des Alpha-Magnetspektrometers auf der Internationalen Raumstation: Präzisionsmessung der Positronenfraktion in primären kosmischen Strahlen von 0,5–350 GeV
