Цивилизация
В понедельник в 08.56 по времени Восточного побережья (16.56 мск) с мыса Канаверал (штат Флорида) в свой последний полет отправился шаттл Endeavour. Кроме команды в составе американцев Марка Келли, Грегори Джонсона, Эндрю Фьюстела, Майкла Финка, Грегори Шамитоффа и итальянца Роберто Виттори на шаттле к МКС отправилась самая масштабная в истории станции научная аппаратура — детектор AMS-02 (Alpha Magnetic Spectrometer). Этот ультрасовременный детектор элементарных частиц, созданный усилиями 56 институтов из 16 стран мира, будет работать на орбите для изучения загадок материи в космосе и происхождения Вселенной.
AMS займется поисками частиц темной материи и антиматерии в космических лучах в режиме in situ — в открытом космосе.
Пока запланирован десятилетний срок работы аппаратуры.
Аппарат займется решением двух задач. Первая — это проблема преобладания материи над антиматерией во Вселенной.
«Самая увлекательная задача AMS — это исследование неизвестного, поиск существующих в природе явлений, которые мы ранее не представляли себе и не имели инструментов для того, чтобы их открыть», — сказал руководитель коллаборации AMS Сэмюэл Тин, лауреат Нобелевской премии по физике 1976 года, слова которого приводит РИА «Новости».
Наблюдения с помощью AMS помогут физикам ответить на два фундаментальных вопроса — из чего состоит невидимая масса во Вселенной и что случилось с первоначально существовавшей антиматерией.
AMS-02 — самый современный детектор элементарных частиц, стоимость которого составила $1,5 млрд.
Из-за высокой чувствительности этот прибор называют «Хабблом» космических лучей». Он представляет собой так называемый магнитный спектрометр, в состав которого входит мощный постоянный магнит, отклоняющий летящие в него заряженные частицы (это позволяет определить их заряд, скорость и массу), а также ряд других детекторов, фиксирующих ионы, нейтральные частицы, гамма-лучи и другие параметры.
Его начали разрабатывать еще в 1994 году, а летом 1998-го на шаттле Discovery совершил десятидневный полет его прототип — прибор AMS-01. Это был первый большой магнитный спектрометр, побывавший в космосе.
В 1999 году начала формироваться коллаборация AMS, которая продолжила создание прибора. В этот научный коллектив вошли 600 физиков, представляющих 56 институтов из 16 стран — от Дании и Нидерландов до Китая, Мексики и Южной Кореи. Руководитель коллектива Сэмюэл Тин представляет одновременно и Массачусетский технологический институт, и Европейскую организацию ядерных исследований CERN.
В декабре 2007 года прибор доставили в CERN, где к декабрю 2009 года он был полностью собран и протестирован. В планы полета вмешался случай: катастрофа шаттла Columbia заставила NASA вообще отказаться от доставки спектрометра на МКС, затем было решено, что AMS все же доставят на МКС, но не будут возвращать на Землю через три года, как первоначально планировалось, и он разделит судьбу станции. Это заставило изменить конструкцию детектора: в исходном варианте его основой был сверхпроводящий магнит, охлаждаемый жидким гелием.
Чтобы прибор смог проработать десять лет на МКС, его заменили постоянным магнитом, изготовленным из сплава неодима и железа весом 1,2 тонны.
Сила этого магнита (1,25 тысячи гауссов) в 4 тысячи раз превышает силу магнитного поля Земли.
После доработки в CERN прибор в августе 2010 года был доставлен в космический центр имени Кеннеди, где он ожидал старта Endeavour.
Детектор станет самым тяжелым научным прибором на МКС, его вес составляет 8,5 тонны, а объем 54 кубометра. Он будет установлен снаружи — на небольшой площадке на скрещении фермы, на которой находятся главные солнечные батареи станции, и линии основных модулей станции.
Научные задачи, которые будет решать детектор, в чем-то близки научным задачам Большого адронного коллайдера в CERN (хотя спектрометр не будет искать бозон Хиггса). В 1960—1970-е годы астрономы обнаружили, что Вселенная лишь на 5% состоит из обычного вещества. Еще около 72% приходится на темную энергию, а 23% — на темную материю. Темная материя практически не взаимодействуют с обычной материей и проявляют себя только через гравитацию.
Только допустив существование невидимой тяготеющей массы, ученые смогли объяснить странные отклонения в скорости вращения галактик и ряд других эффектов.
До сих пор обнаружить явные и неоспоримые следы существования темной материи не удалось, хотя есть некоторые указания, которые могут стать путеводной нитью для AMS. Российско-итальянский детектор PAMELA, установленный на спутнике «Ресурс-ДК1», в 2008 году обнаружил неожиданный избыток позитронов в космических лучах, одним из возможных объяснений которого является аннигиляция частиц темной материи.
Одна из гипотез гласит, что темная материя может состоять из нейтралино — массивных нейтральных частиц. Сталкиваясь между собой, эти частицы могут порождать другие частицы, избыток которых может зафиксировать AMS, обнаружив таким образом темную материю.
Вторая задача детектора — поиск антиматерии, зеркальной по отношению к материи субстанции, которая состоит из античастиц: роль электронов в ее атомах играют положительно заряженные позитроны, роль протонов — отрицательные антипротоны, а нейтронов — антинейтроны (не имеющие заряда, как и нейтрон, но с обратным магнитным моментом).
После Большого взрыва во Вселенной должно было возникнуть равное количество материи и антиматерии, но последняя по неизвестным причинам исчезла, и в природе наблюдаются только отдельные античастицы, в основном позитроны. Ученые в лабораторных условиях получают атомы антиматерии — антиводород и антигелий, однако не исключено, что где-то во Вселенной все-таки есть значимое количество антивещества.
«Поимка» даже одного атома антигелия может навести на его след.
Результаты, полученные на AMS-01, показали, что соотношение антигелия к гелию во Вселенной составляет примерно одну миллионную. AMS-02 чувствительнее примерно в тысячу раз, что поможет выяснить, существует ли в природе антиматерия.
Другая экзотика, поисками которой займется телескоп, — «странная» материя, в состав частиц которой входят «странные» кварки. Всего известно шесть типов кварков, однако вся материя на Земле (состоящая из протонов, нейтронов и электронов) включает в себя только два — «верхние» и «нижние» кварки. Теория предсказывает, что может существовать материя, включающая «странные» кварки и ее может «засечь» AMS.