Шпион нашел антипротон

Российский спутник помог совершить крупное научное открытие

Землю окружает устойчивый слой антиматерии, удерживаемой магнитным полем планеты: таковы результаты анализа данных научного аппарата PAMELA, установленного на российском спутнике «Ресурс-ДК».

Магнитосфера и верхние слои атмосферы Земли подвергаются непрекращающейся бомбардировке разогнанными до высоких скоростей элементарными частицами и ядрами атомов, часть которых поставляет Солнце, часть — различного рода высокоэнергетические коллизии, происходящие в дальнем космосе и формирующие галактическое излучение.

врез №
skin: article/incut(default)
data:

{
    "_essence": "test",
    "id": "2969361",
    "incutNum": 2,
    "repl": "<2>:{{incut2()}}",
    "uid": "_uid_3723709_i_2"
}

Космическое излучение состоит преимущественно из высокоэнергетических протонов, электронов и ядер гелия. При столкновении этих частиц с атомными ядрами газов в высоких слоях земной атмосферы образуются потоки вторичных частиц, часть которых (точнее, те частицы, кинетическая энергия которых оказывается ниже критической) захватывается силовыми линиями магнитного поля планеты и формирует радиационные пояса Земли — внутренний, состоящий преимущественно из более тяжелых протонов с энергиями в десятки мегаэлектронвольт (МэВ), и внешний, состоящий преимущественно из электронов с энергиями в десятки килоэлектронвольт (КэВ).

Логично предположить, что аналогично искуственно спровоцированным столкновениям в ускорителях элементарных частиц, естественные столкновения разогнанных до высоких скоростей космических протонов и электронов с атомными ядрами атмосферных газов также должны, помимо прочих, порождать и античастицы — антипротоны и антиэлектроны (позитроны).

врез №
skin: article/incut(default)
data:

{
    "_essence": "test",
    "id": "3532173",
    "incutNum": 3,
    "repl": "<3>:{{incut3()}}",
    "uid": "_uid_3723709_i_3"
}

И действительно — следы короткоживущих позитронов были выявлены спутниками в первом радиационном поясе Земли. Что касается намного более массивных — почти в 2000 раз больше — антипротонов, то здесь шансы обнаружить их в нижнем радиационном поясе были куда меньше, поскольку антипротоны обязаны быстро аннигилировать при столкновении с «нормальным» веществом атмосферы, плотность которого возрастает.

Некоторые астрофизики выдвинули предположение, что магнитное поле в нижнем радиационном поясе должно быть достаточно сильным, чтобы захватить часть этих антипротонов, кинетической энергии которых недостаточно, чтобы упасть в более плотные слои атмосферы и аннигилировать, в своеобразную магнитную ловушку, формирующую вокруг Земли антипротонный радиационный пояс, по силовым магнитным линиям которого античастицы могут петлять вокруг Земли часами. По такому же принципу работают лабораторные установки для удержания нестабильных античастиц в искусственно созданном магнитном поле.

Сейчас это предположение блестяще подтвердилось благодаря PAMELA (Payload for Antimatter Matter Exploration and Light-nuclei Astrophysics) — орбитальному детектору позитронов и антипротонов, установленному международной коллаборацией астрофизиков на борту российского спутника «Ресурс-ДК».

врез №
skin: article/incut(default)
data:

{
    "_essence": "test",
    "id": "3546693",
    "incutNum": 1,
    "pic2": "/files3/709/3723709/Antiproton_belt.png",
    "picsrc": "Плотность антипротонного потока во втором радиационном поясе: замеренная (красный график), предсказанная (сплошная и пунктирная линии), в солнечном ветре (синие кружки) и галактическом излучении (черные квадраты) // The Astrophysical Journal ",
    "repl": "<1>:{{incut1()}}",
    "uid": "_uid_3723709_i_1"
}

Как и многие другие низкоорбитальные спутники, «Ресурс-ДК» регулярно пролетает через зону Южно-Атлантической магнитной аномалии (ЮАМА), среди прочих магнитных аномалий оказывающей наиболее сильное воздействие на потоки космических частиц, льющихся на Землю из космоса. Нижний радиационный пояс в зоне ЮАМА ближе всего «провисает» к поверхности Земли, и плотность потоков захваченных магнитным полем космических частиц, в том числе вторичных и частиц-альбедо (частиц, отраженных от атмосферы Земли), в этой зоне очень высокая. В общем, если и искать гипотетические антипротоны, то искать их стоило именно здесь.

Проанализировав данные, собранные PAMELA в районе ЮАМА за всего лишь 1,7% от всего времени его работы, астрофизики насчитали 28 антипротонов, захваченных магнитным полем, исходящим из Южного полюса Земли.

Учитывая, что это значение на три порядка превышает плотность антипротонов в солнечном ветре в период низкой солнечной активности, а также мизерный размер сегмента радиационного пояса, изученный с помощью PAMELA, полученное число выглядит совсем не маленьким.

врез №
skin: article/incut(default)
data:

{
    "_essence": "test",
    "id": "2983201",
    "incutNum": 4,
    "repl": "<4>:{{incut4()}}",
    "uid": "_uid_3723709_i_4"
}

«В реальности», считает один из авторов коллективной статьи коллаборации PAMELA в The Astrophysical Journal Франческо Кафанья, «речь должна идти о миллиардах частиц антивещества, постоянно курсирующего в нижнем радиационном поясе». Это делает его самой производительной фабрикой и самым объемным резервуаром антиматерии, расположенным в непосредственной близости от Земли, резюмируют авторы статьи.