Et sted langt væk i universet brister en stjerne, og en kaskade begynder.
Energi og små stofstykker går væk i alle retninger fra den blomstrende supernova. De påvirker planeter og andre stjerner og styrter ned i interstellære medier, og en lille del af dem når Jorden.
Dette er primære kosmiske stråler, lysstråler og spøgelsesmæssige subatomære partikler kaldet neutrinoer, som forskere opdager med fine teleskoper og en mærkelig, stadig detektor begravet under isen på Sydpolen. De ankommer i en torrent fra alle retninger på én gang, når stjerner dør i hele universet.
Men de er ikke de eneste kosmiske stråler. Der er en anden type, vanskeligere at opdage og mystisk.
Når primære kosmiske stråler kolliderer med interstellære medier - det ukendte, usynlige ting mellem stjerner - at medierne kommer til live og sender sine egne strømme af ladede partikler ud i rummet, sagde Samuel Ting, professor i fysik ved Massachusetts Institute of Technology, der vandt Nobelprisen i 1976 for at have opdaget den første af en mærkelig ny klasse af partikler bestående af både stof og antimaterielle kvarker.
Og i en ny artikel, der blev offentliggjort 11. januar i tidsskriftet Physical Review Letters, har Ting og hans kolleger kortlagt nærmere, hvad disse partikler er, og hvordan de opfører sig. Specifikt beskrev forskerne ladningerne og spektraerne for partikler af lithium, beryllium og borkerne, der smækker ned i Jordens atmosfære - bygger på tidligere resultater, der beskriver ladninger og spektre for helium-, carbon- og iltstråler.
"For at studere disse er du nødt til at sætte en magnetisk enhed i rummet, for på jorden absorberes ladede kosmiske stråler af de 100 kilometer af atmosfæren," fortalte Ting til Live Science.
Denne artikels resultater er kulminationen på mere end to årtiers arbejde, der går tilbage til et møde i maj 1994, da Ting og flere andre fysikere rejste til Daniel Goldin, dengang administrator af NASA. Målet: at overbevise Goldin om at sætte en magnet på Den Internationale Rumstation (ISS), som skulle begynde konstruktion fire år senere, i 1998. Uden en magnet, ville de kosmiske partikler bare passere gennem alle detektorer i en lige linje, hvilket ikke giver nogen oplysninger om deres ejendomme, sagde Ting.
Goldin "lyttede omhyggeligt," sagde Ting. "Han sagde, at dette er en god eksperimentidee for rumstationen. Men ingen har nogensinde sat en magnet i rummet, fordi en magnet i rummet - fordi den interagerer med Jordens magnetfelt - vil producere et drejningsmoment, og rumstationen mister kontrollen . Det er ligesom et magnetisk kompas. "
For at undgå at vri ISS op af himlen bygger Ting og hans samarbejdspartnere Alpha Magnetic Spectrometer (AMS): en partikeldetektor, der er så præcis som dem på Fermilab og CERN, men miniaturiseret og placeret inde i et hul magnetisk rør. Kritisk set har de to halvdele af røret vendt polariteter, så de drejer rumstationen i modsatte retninger og annullerer hinanden, siger Ting.
I 2011 kørte AMS til rummet på rumfærgen Endeavour, dette håndværks næstsidste mission. Og i store dele af det sidste årti har AMS lydløst opdaget 100 milliarder kosmiske stråler.
I sidste ende håber Ting og hans team at bruge disse data til at besvare meget specifikke spørgsmål om universet, sagde han. (Skønt det også kan besvare mere mundtlige spørgsmål, som hvilke partikler der kan pælge astronauter på vej til Mars.)
"Folk siger 'interstellare medier'. Hvad er interstellare medier? Hvad er ejendommen? Ingen ved virkelig," sagde Ting. "Halvfems procent af sagen i universet kan du ikke se. Og derfor kalder du det mørk stof. Og spørgsmålet er: Hvad er mørk stof? For at gøre dette skal du måle meget præcist positroner, antiprotoner, anti -helium, og alle disse ting. "
Ting sagde, at han gennem omhyggelige målinger af sagen og antimaterien, der ankommer i sekundære kosmiske stråler, håber at tilbyde teoretikere de værktøjer, der er nødvendige for at beskrive det usete stof i universet - og gennem den beskrivelse finde ud af, hvorfor universet er lavet af materien ved alt sammen og ikke antimaterie. Mange fysikere, inklusive Ting, mener, at mørkt stof kan være nøglen til at løse dette problem.
"I begyndelsen skal der være en lige stor mængde stof og antimaterie. Så spørgsmålene: Hvorfor er universet ikke lavet af antimateriale? Hvad skete der? Er der anti-helium? Anti-kulstof? Anti-ilt? Hvor er de?"
Live Science nåede ud til en række teoretikere, der arbejdede med mørk materie for at diskutere Ting's arbejde og denne artikel, og mange advarede om, at AMS 'resultater endnu ikke har kastet meget lys over emnet - stort set fordi instrumentet endnu ikke har foretaget faste målinger af rumfaring antimaterie (skønt der har været et par lovende tidlige resultater).
"Hvordan kosmiske stråler danner og formerer sig er et fascinerende og vigtigt problem, der kan hjælpe os med at forstå det interstellære medium og potentielt endda højenergieksplosioner i andre galakser," skrev Katie Mack, en astrofysiker ved North Carolina State University, i en e-mail og tilføjede at AMS er en kritisk del af dette projekt.
Det er muligt, at AMS viser sig mere betydningsfulde, verificerede antimaterielle resultater, sagde Mack, eller at sagsforholdsregistreringer - som dem, der er beskrevet i dette papir - vil hjælpe forskere med at besvare spørgsmål om mørk stof. Men det er ikke sket endnu. "Men til den mørke materiesøgning," fortalte hun Live Science, "det vigtigste er, hvad eksperimentet kan fortælle os om antimateriale, fordi det er mørk stof, der udslettes til stof-antimaterielle par, det er der søges nøglesignal. "
Ting sagde, at projektet kommer dertil.
"Vi måler positroner. Og spektret ligner meget det teoretiske spektrum af mørkt stof. Men vi har brug for flere statistikker for at bekræfte, og satsen er meget lav. Så vi skal bare vente et par år," sagde Ting.
