Измерения на борту МКС указали на тёмную материю

Международная группа учёных обнаружила, что соотношение ядер атомов бора и углерода к космическим лучам подчиняется зависимости, предсказанной известным советским математиком Андреем Колмогоровым ещё в 1941 году. Это означает, что ряд современных гипотез о происхождении античастиц, регистрируемых среди космических лучей, не вполне верен. Таким образом, они происходят из какого-то иного источника пока непонятной физической природы. Соответствующая статья опубликована в Physical Review Letters. 

Исследователи проанализировали все случаи регистрации космических лучей в диапазоне от 1,9 гигаэлектронвольт до 2,5 тераэлектронвольт энергии, представленных ядрами атома бора и углерода. Измерения проводились магнитным альфа-спектрометром, работающим на борту МКС с 2011 года. Всего удалось выявить 2,3 миллиона ядер атомов бора и 8,3 миллиона ядер атомов углерода с примерным соотношением 3,5 к 1. При этом для энергий выше 65 гигаэлектронвольт их соотношение было близким к известному предсказанию Колмогоровым для теории турбулентности, сделанному 75 лет назад, в 1941 году.

Галактические лучи, как считается, появляются при взрыве сверхновых, придающих ядрам атомов огромную энергию. Именно такие частицы составляют наиболее опасный компонент космической радиации. Первичными галактическими лучами в указанном диапазоне являются ядра атомов углерода, разогнанные до больших скоростей. Но когда такие ядра попадают в межзвёздный газ, они порождают лавину вторичных частиц — ядер атома бора и ряда субатомных частиц. Поэтому соотношения бора и углерода для галактических лучей зависит от распределения газа в межзвёздном пространстве. А оно, в свою очередь, связано с теорией турбулентности.

В 1941 году А.Н. Колмогоровым и A.М. Обуховым была создана теория однородной турбулентности для несжимаемых течений. Как теперь выяснилось, её предсказания сохраняют своё действие даже для условий космической среды, хотя сами разработчики об этой возможности в ту пору даже не думали. 

Новые данные резко конфликтуют с рядом теорий, пытающихся объяснить периодические наблюдения спектрометром МКС множества антиэлектронов (позитронов) высоких энергий. По неизвестным причинам их в окрестностях Земли наблюдается даже больше, чем обычных электронов. Ранее ряд исследователей пытались объяснить происхождение загадочных частиц антиматерии, связав их с галактическими лучами и образуемыми ими вторичными частицами. Указанное выше соотношение бора и углерода делает это нереальным. Оно показывает, что первичные галактические лучи дают столько вторичных, что на создание антиэлектронов в этой схеме ничего не остаётся. Авторы работы полагают, что античастицы скорее придётся списать на некий новый неизвестный источник — возможно, тёмную материю.