En algún lugar lejano del universo, una estrella estalla y comienza una cascada.
La energía y pequeños trozos de materia se alejan en todas las direcciones de la floreciente supernova. Impactan planetas y otras estrellas y chocan contra medios interestelares, y una pequeña porción de ellos llega a la Tierra.
Estos son los rayos cósmicos primarios, los haces de luz y las partículas subatómicas fantasmales llamadas neutrinos que los científicos detectan con finos telescopios y un extraño detector aún enterrado bajo el hielo del Polo Sur. Llegan en un torrente desde todas las direcciones a la vez, a medida que las estrellas mueren en todo el universo.
Pero no son los únicos rayos cósmicos. Hay otro tipo, más difícil de detectar y misterioso.
Cuando los rayos cósmicos primarios colisionan con los medios interestelares, las cosas desconocidas e invisibles entre las estrellas, esos medios cobran vida y envían sus propias corrientes de partículas cargadas al espacio, dijo Samuel Ting, profesor de física en el Instituto de Tecnología de Massachusetts que ganó el Premio Nobel en 1976 por descubrir el primero de una extraña nueva clase de partículas compuesta de quarks de materia y antimateria.
Y en un nuevo artículo publicado el 11 de enero en la revista Physical Review Letters, Ting y sus colegas han trazado aún más cuáles son esas partículas y cómo se comportan. Específicamente, los investigadores describieron las cargas y espectros de las partículas de litio, berilio y núcleos de boro que chocan contra la atmósfera de la Tierra, basándose en resultados anteriores que describen las cargas y los espectros de los rayos de helio, carbono y oxígeno.
"Para estudiarlos, debes colocar un dispositivo magnético en el espacio, porque en el suelo, los rayos cósmicos cargados son absorbidos por los 100 kilómetros de atmósfera", dijo Ting a Live Science.
Los resultados de este documento son la culminación de más de dos décadas de trabajo, que se remontan a una reunión en mayo de 1994, cuando Ting y varios otros físicos fueron a visitar a Daniel Goldin, entonces administrador de la NASA. El objetivo: convencer a Goldin de que coloque un imán en la Estación Espacial Internacional (ISS), que comenzaría a construirse cuatro años después, en 1998. Sin un imán, las partículas cósmicas pasarían a través de cualquier detector en línea recta, sin información sobre sus propiedades, dijo Ting.
Goldin "escuchó atentamente", dijo Ting. "Dijo que esta es una buena idea de experimento para la estación espacial. Pero nadie ha puesto un imán en el espacio, porque un imán en el espacio, porque interactúa con el campo magnético de la Tierra, producirá un par y la estación espacial perderá el control . Es como una brújula magnética ".
Para evitar torcer la ISS del cielo, Ting y sus colaboradores construyeron el Espectrómetro Magnético Alfa (AMS): un detector de partículas tan preciso como los de Fermilab y CERN, pero en miniatura y colocado dentro de un tubo magnético hueco. Críticamente, las dos mitades del tubo tienen polaridades invertidas, por lo que aprietan la estación espacial en direcciones opuestas, cancelándose mutuamente, dijo Ting.
En 2011, el AMS viajó al espacio en el transbordador espacial Endeavour, la penúltima misión de esa nave. Y durante gran parte de la última década, el AMS detectó silenciosamente 100 mil millones de rayos cósmicos.
En última instancia, Ting y su equipo esperan usar esos datos para responder preguntas muy específicas sobre el universo, dijo. (Aunque también puede responder preguntas más mundanas, como qué partículas pueden arrojar astronautas en su camino a Marte).
"La gente dice 'medios interestelares'. ¿Qué son los medios interestelares? ¿Cuál es la propiedad? Nadie lo sabe realmente", dijo Ting. "El noventa por ciento de la materia en el universo no se puede ver. Y, por lo tanto, se le llama materia oscura. Y la pregunta es: ¿qué es la materia oscura? Ahora, para hacer esto, necesita medir con mucha precisión positrones, antiprotones, anti -helio, y todas estas cosas ".
Ting dijo que a través de mediciones cuidadosas de la materia y la antimateria que llegan a los rayos cósmicos secundarios, espera ofrecer a los teóricos las herramientas necesarias para describir la materia invisible en el universo, y a través de esa descripción, descubrir por qué el universo está hecho de materia en todo, y no antimateria. Muchos físicos, incluido Ting, creen que la materia oscura podría ser clave para resolver ese problema.
"Al principio, debe haber una cantidad igual de materia y antimateria. Entonces, las preguntas: ¿por qué el universo no está hecho de antimateria? ¿Qué pasó? ¿Hay anti-helio? ¿Anti-carbono? ¿Anti-oxígeno? ¿Dónde? ¿son ellos?"
Live Science contactó a varios teóricos que trabajan en materia oscura para discutir el trabajo de Ting y este artículo, y muchos advirtieron que los resultados de AMS aún no han arrojado mucha luz sobre el tema, en gran parte porque el instrumento aún no ha realizado mediciones firmes de la navegación espacial. antimateria (aunque ha habido algunos resultados iniciales prometedores).
"La forma en que se forman y propagan los rayos cósmicos es un problema fascinante e importante que puede ayudarnos a comprender el medio interestelar y potencialmente incluso las explosiones de alta energía en otras galaxias", escribió en un correo electrónico Katie Mack, astrofísica de la Universidad Estatal de Carolina del Norte. que AMS es una parte crítica de ese proyecto.
Es posible que AMS arroje resultados de antimateria más significativos y verificados, dijo Mack, o que las detecciones de materia, como las descritas en este documento, ayudarán a los investigadores a responder preguntas sobre la materia oscura. Pero eso aún no ha sucedido ". Pero para la búsqueda de materia oscura", dijo a Live Science, "lo más importante es lo que el experimento nos puede decir sobre la antimateria, porque es la materia oscura que se aniquila en pares de materia-antimateria esa es la señal clave que se busca ".
Ting dijo que el proyecto está llegando allí.
"Medimos los positrones. Y el espectro se parece mucho al espectro teórico de la materia oscura. Pero necesitamos más estadísticas para confirmar, y la tasa es muy baja. Entonces, solo tenemos que esperar unos años", dijo Ting.
