Di suatu tempat yang jauh di alam semesta, sebuah bintang meledak dan sebuah riam dimulai.
Energi dan serpihan kecil materi melesat ke segala arah dari supernova yang mekar. Mereka berdampak pada planet-planet dan bintang-bintang lainnya dan menabrak media antarbintang, dan sebagian kecil dari mereka mencapai Bumi.
Ini adalah sinar kosmik primer, berkas cahaya dan partikel subatom hantu yang disebut neutrino yang dideteksi para ilmuwan dengan teleskop halus dan detektor aneh yang terkubur di bawah es Kutub Selatan. Mereka tiba di semburan dari segala arah sekaligus, ketika bintang mati di seluruh alam semesta.
Tapi mereka bukan satu-satunya sinar kosmik. Ada tipe lain, lebih sulit dideteksi dan misterius.
Ketika sinar kosmik primer bertabrakan dengan media antarbintang - hal yang tidak diketahui dan tidak dapat dilihat antar bintang - bahwa media menjadi hidup, mengirimkan aliran partikel bermuatannya sendiri ke luar angkasa, kata Samuel Ting, seorang profesor fisika di Massachusetts Institute of Technology yang memenangkan Hadiah Nobel pada tahun 1976 untuk menemukan yang pertama dari kelas partikel baru yang aneh yang terdiri dari materi dan antimateri quark.
Dan dalam sebuah makalah baru yang diterbitkan 11 Januari dalam jurnal Physical Review Letters, Ting dan rekan-rekannya telah memetakan lebih lanjut apa partikel-partikel itu dan bagaimana mereka berperilaku. Secara khusus, para peneliti menggambarkan muatan dan spektrum partikel litium, berilium, dan inti boron yang menghantam atmosfer Bumi - berdasarkan hasil sebelumnya yang menggambarkan muatan dan spektrum sinar helium, karbon, dan oksigen.
"Untuk mempelajari ini, Anda perlu meletakkan perangkat magnetis di ruang angkasa, karena di tanah, sinar kosmik yang diserap diserap oleh 100 kilometer atmosfer," kata Ting kepada Live Science.
Hasil makalah ini adalah puncak dari lebih dari dua dekade pekerjaan, dating kembali ke sebuah pertemuan pada Mei 1994, ketika Ting dan beberapa fisikawan lainnya pergi mengunjungi Daniel Goldin, yang saat itu adalah administrator NASA. Tujuannya: untuk meyakinkan Goldin untuk meletakkan magnet di Stasiun Luar Angkasa Internasional (ISS), yang akan memulai konstruksi empat tahun kemudian, pada tahun 1998. Tanpa magnet, partikel kosmik hanya akan melewati setiap detektor dalam garis lurus, tanpa memberikan informasi tentang properti mereka, kata Ting.
Goldin "mendengarkan dengan cermat," kata Ting. "Dia mengatakan ini adalah ide percobaan yang bagus untuk stasiun ruang angkasa. Tapi tidak ada yang pernah menaruh magnet di ruang angkasa, karena magnet di ruang angkasa - karena berinteraksi dengan medan magnet Bumi - akan menghasilkan torsi, dan stasiun ruang angkasa akan kehilangan kendali Ini seperti kompas magnetik. "
Untuk menghindari memutar ISS keluar dari langit, Ting dan rekan-rekannya membangun Alpha Magnetic Spectrometer (AMS): detektor partikel setepat yang ada di Fermilab dan CERN, tetapi miniatur dan ditempatkan di dalam tabung magnetik berlubang. Secara kritis, kedua bagian tabung telah membalik polaritas, sehingga mereka memutar stasiun ruang angkasa ke arah yang berlawanan, membatalkan satu sama lain, kata Ting.
Pada tahun 2011, AMS naik ke angkasa menggunakan pesawat ulang-alik Endeavour, misi kedua-ke-terakhir dari pesawat itu. Dan selama sebagian besar dekade terakhir, AMS telah mendeteksi secara diam-diam 100 miliar sinar kosmik.
Pada akhirnya, Ting dan timnya berharap untuk menggunakan data itu untuk menjawab pertanyaan yang sangat spesifik tentang alam semesta, katanya. (Meskipun itu juga dapat menjawab lebih banyak pertanyaan duniawi, seperti partikel apa yang dapat melempari astronot dalam perjalanan mereka ke Mars.)
"Kata orang, 'media antarbintang'. Apa itu media antarbintang? Apa propertinya? Tidak ada yang benar-benar tahu," kata Ting. "Sembilan puluh persen dari materi di alam semesta yang tidak dapat Anda lihat. Dan, oleh karena itu, Anda menyebutnya materi gelap. Dan pertanyaannya adalah: Apa itu materi gelap? Sekarang, untuk melakukan ini, Anda perlu mengukur positron, antiproton, anti dengan sangat tepat. -helium, dan semua hal ini. "
Ting mengatakan bahwa melalui pengukuran yang cermat terhadap materi dan antimateri yang tiba dalam sinar kosmik sekunder, ia berharap dapat menawarkan kepada para ahli teori alat yang diperlukan untuk menggambarkan materi yang tak terlihat di alam semesta - dan melalui deskripsi itu, cari tahu mengapa alam semesta terbuat dari materi di semua, dan bukan antimateri. Banyak fisikawan, termasuk Ting, percaya bahwa materi gelap bisa menjadi kunci untuk menyelesaikan masalah itu.
"Pada awalnya, harus ada jumlah materi dan antimateri yang sama. Jadi, pertanyaannya: Mengapa alam semesta tidak terbuat dari antimateri? Apa yang terjadi? Apakah ada anti-helium? Anti-karbon? Anti-oksigen? Di mana Apakah mereka?"
Live Science menjangkau sejumlah ahli teori yang mengerjakan materi gelap untuk membahas karya Ting dan makalah ini, dan banyak yang memperingatkan bahwa hasil AMS belum banyak menjelaskan tentang subjek - terutama karena instrumen tersebut belum melakukan pengukuran yang kuat untuk spacefaring. antimateri (meskipun ada beberapa hasil awal yang menjanjikan).
"Bagaimana sinar kosmik terbentuk dan menyebar adalah masalah yang menarik dan penting yang dapat membantu kita memahami medium antarbintang dan bahkan berpotensi ledakan energi tinggi di galaksi lain," Katie Mack, seorang astrofisikawan di North Carolina State University, menulis dalam sebuah email, menambahkan. bahwa AMS adalah bagian penting dari proyek itu.
Mungkin saja AMS akan muncul lebih signifikan, hasil antimateri terverifikasi, kata Mack, atau bahwa pendeteksian materi - seperti yang dijelaskan dalam makalah ini - akan membantu peneliti menjawab pertanyaan tentang materi gelap. Tapi itu belum terjadi. "Tetapi untuk pencarian materi gelap," katanya kepada Live Science, "hal yang paling penting adalah apa yang dapat diceritakan eksperimen ini tentang antimateri, karena materi gelap memusnahkan menjadi pasangan materi-antimateri yang merupakan sinyal kunci sedang dicari. "
Ting mengatakan proyeknya sudah sampai di sana.
"Kami mengukur positron. Dan spektrumnya sangat mirip dengan spektrum teoretis materi gelap. Tetapi kami membutuhkan lebih banyak statistik untuk mengonfirmasi, dan jumlahnya sangat rendah. Jadi, kami hanya harus menunggu selama beberapa tahun," kata Ting.
