АНКа Дня: Выпуск N97

---

03.11.2008. PAMELA: слишком много позитива

(из статьи Адриани и др. [O. Adriani et al.] arXiv:0810.4995).

Проект PAMELA представил первые результаты. В частности, детально описан обнаруженный избыток позитронов в потоке космических лучей. Многие авторы уже связали этот избыток с вкладом от аннигиляции частиц темной материи.

Эксперимент PAMELA, проводящийся на борту российского спутника Ресурс-ДК1, был запущен 15 июня 2006 года. Целью является регистрация частиц космических лучей. Изюминка проекта состоит в изучении потока античастиц (позитроны, антипротоны) в широком диапазоне энергий (80 МэВ-190 ГэВ для антипротонов и 50 МэВ- 270 ГэВ для позитронов). Спутник будет работать еще по-крайней до конца 2009 года.

Спутник Ресурс и приборы эксперимента PAMELA. На левом рисунке кружком выделена PAMELA. На правом аппаратура показана крупно. (Из статьи arXiv:0810.4980.)

Проект PAMELA - это венец работы коллаборации Wizard. Другие проекты коллаборации: спутники Nina-1, Nina-2, аппаратура на борту станции Мир и на МКС, баллонные эксперименты. Сейчас коллаборация представляет результаты наблюдений на PAMELA за период июль 2006 - февраль 2008 г.

Схема приборов PAMELA. Приборный отсек имеет длину чуть более метра и весит почти 500 кг. Обратите внимание на магнит в центре, создаваемое им поле равно примерно 0.43 тесла. Магнит нужен для того, чтобы частицы и античастицы двигались в разном направлении. (Из статьи arXiv:0810.4994.)

Еще до официального опубликования, которое произошло только на прошлой неделе в Архиве е-принтов, результаты PAMELA привлекли внимание ученых. После выступлений на конференциях, где участники проекта рассказали об обнаруженном избытке позитронов, появился ряд теоретических работ, в которых предлагались разные интерпретации. Наиболее привлекательная состоит в следующем. В Галактике есть большое количество темного вещества. Частицы темного вещества могут аннигилировать друг с другом. В результате этого рождаются гамма-кванты и электрон-позитронные пары. Возможно, PAMELA наблюдает как раз позитроны, рожденные в процессах аннигиляции.

На рисунке показаны данные PAMELA по позитронам (красным) в сравнении с данными других экспериментов. Обратите внимание на то, что у PAMELA неопределенности в измерениях гораздо ниже.

На верхнем рисунке показан основной результат. Черная линия показывает теоретические ожидания для потока позитронов, красным показаны данные эксперимента. Выше 10 ГэВ виден четкий избыток позитронов. Если позитроны рождались бы только в качестве вторичных частиц при распространении протонов и ядер и их взаимодействии с межзвездной средой, то тогда количество позитронов уменьшалось бы с энергией. Результаты наблюдений показывают рост. Тенденция четко прослеживается от 10 до 100 ГэВ. Значит, точно есть какой-то источник позитронов. Что это - другой вопрос.

Сравнение с результатами других экспериментов, проводившихся на баллонах (у них была существенно меньше экспозиция, и больше влияние атмосферы) показывает, что качественно результаты неплохо согласуются друг с другом. Но раньше не удавалось с низкими ошибками протянуть спектр до 100 ГэВ, чтобы показать четкое наличие роста потока позитронов с энергией. Меньший поток позитронов на энергиях менее 5 Гэв по данным PAMELA по видимому объясняется тем, что наблюдения проводились в период низкой солнечной активности. Баллонные эксперименты, проведенные в то же время подтверждают уменьшение потока.

Кроме результатов по позитронам команда PAMELA опубликовала и другие данные. Например, по антипротонам.

Отношение числа антипротонов к протонам для разных энергий. Данные PAMELA показаны красным. Черными линиями показаны различные теоретические предсказания. (Из статьи arXiv:0810.4994.)

Отношение антипротонов к протонам по данным PAMELA в сравнении с результатами других экспериментов. (Из статьи arXiv:0810.4994.)

Что касается интерпретации данных, то, хотя видно, что команда PAMELA была бы очень рада, если это окажется темная материя, тем не менее в статье они четко пишут, что пока не ясно, что является источником, и ни одна модель не может успешно описать все имеющиеся данные. По всей видимости спутник Fermi-GLAST сможет внести некоторую ясность, т.к. аннигиляция частиц темной материи должна давать не только позитроны, но и гамма-кванты. Будем надеяться, что менее чем через год ситуация разрешится.