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望远镜和太空任务

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正电子吗?‘excess’ really exist?

27 Nov 2013 泰山委员会
Pamela和AMS-02都报告了正电子过剩

正电子“excess”根据国际研究人员团队的新理论工作,由两个独立的空间任务并被一些物理学家联系到暗物质或脉冲条件。相反,研究人员计算了一个“robust”通过在星系中的高能量宇宙射线与环境气体相互作用产生的正电量的上限,并说磁通量由 有效载荷为反物质/物质探索和轻质核天体物理学 (pamela)实验和 α磁光频仪 (AMS)低于这个限制。

无法解释的过度

正数是电子的抗粒子。 2008年,Pamela合作从其卫星发布了激动人心的数据,暗示地球上方的宇宙射线’大气层含有多余的高能正面。结果是有趣的,因为标准宇宙射线理论表明,正电子部件应随着越来越多的能量下降。但是真正令人兴奋的是,过剩可能是湮灭暗品颗粒的第一个证据。然而,怀疑在最初的帕梅拉结果上施放,并认为卫星可能会使积极困惑,具有达到其探测器的较大数量的质子。

然后在2011年美国宇航局’s 费米伽玛射线太空望远镜 confirmed PAMELA’S正电子过度,其次是今年4月的AMS合作。随后,Pamela协作已经提出了对其数据的新分析,确认过量。这个多余的两个流行解释–一个是湮灭暗物质颗粒正在产生高能量电子和正弦,另一个是在脉冲星中产生正弦。

绘制宇宙射线

但现在, kfir blum.Boaz Katz. 在美国普林斯顿的高级研究所和 Eli Waxman. 在以色列的Weizmann科学研究所辩称,没有真正的正电子过度。他们说,正电子观测在计算时,在宇宙射线与环境半乳液物质碰撞时产生的高能正数量的上限的计算。实际上,研究人员表明,目前的正电子测量揭示了宇宙射线繁殖物理学–不是暗物质或脉冲。

在他们的研究中,研究人员考虑他们称之为最简单的可靠模型来解释正电子通量。他们的来源是高能量或“primary”与天然气相互作用的宇宙射线和在星系中取比的其他物质。布鲁姆讲述 physicsworld.com. 该理论允许它们准确地计算这些中产生的正数量“secondary”在这些碰撞中产生碰撞和许多其他种类的颗粒,例如抗滴漏和诸如硼的核。“虽然我们可以轻松地计算积极的来源,但预测其在地球上的实际助焊剂更难,”布鲁姆说。为了提出这样的预测,这是一种强大的理论,解释了宇宙光线如何在星系中传播是必要的,这就是目前缺乏的。

繁荣不善

BLUM声称这是一个复杂的理论问题,尚未正确理解。“缺乏宇宙射线传播的可靠理论,我们可以为正水资源做出最好的– reliably –是预测它们的助焊剂的强大上限。通过PAMELA和AMS02测量的正电子通量位于该上限以下,并且与其一致,因此没有过量,”他说。 Blum进一步解释说,正电子的大部分权利要求“excess”基于宇宙射线繁殖的推测理论模型,因为问题本身被理解得很差“这些型号通常不是不,使用许多简化的假设。当一个人试图进入被评的底部时‘excess’,这个问题总是归结为其中的一个或多个潜在的简化假设,这在现实世界中可能根本不正确”.

If future data end up showing a positron flux above our limit, this could mean that an exotic source is 需要。我一个人会很激动。但这不是我的地方’d鉴于我们现在的数据填写我的钱。 高级学习研究所Kfir Blum

该团队还指出,它已将其方法应用于在宇宙射线通量中产生的反水解。这些计算之间的差异在于,当反罗本耳圈不会在穿过银河系时不改变它们的能量,而积极的作用。“由于这种简化,对于防拨款,我们可以精确地计算它们的实际通量[而不是上限],”Blum说,解释了该团队使用这一事实来验证其计算。“实际上,测量的Antiproton通量与我们的预测相同意,”他说。事实上,研究人员以前已经完成过 2009年PAMELA数据的类似上限计算并说随后与AMS-02的确认只会为其理论增加支持。

限制时间

当被问及新理论可以解释为什么正电子级分的能量上升,Blum表示它可能是宇宙射线如何传播的一个有趣特征的又一个暗示。“正如我们在纸质所展示的那样,一种方式(虽然不是唯一一个),以获得这种行为将是如果银河系中的宇宙光线的限制时间随着能量的增加而降低–比较迅速,所以比平均次级正电子浪费的时间更迅速,以减少其能量的大部分。”如果这确实是这种情况,那么实验的目击性的目睹仅仅达到宇宙射线的迅速下降时间。

布鲁姆说这支球队’S理论可以通过几种方式进行实验测试。首先,即将到来的AMS-02正电子数据在更高的能量下将继续检查观察到的助焊剂是否仍然低于其强大的上限。“如果未来的数据最终显示在我们的极限之上的正电子助焊剂,这将立即排除二次解释。这将是精彩的新闻,因为它可能意味着一个异国情调的来源 需要。我一个人会很激动。但这不是我的地方’d鉴于我们现在的数据,”布鲁姆说。他还解释说,未来AMS-02次级放射性宇宙射线核的测量,例如铍和铝同位素,将增加关于宇宙射线限制时间的独立信息。“然后,这可以与正电子数据形成对比,以了解我们是否有一致的图片。这些放射性同位素数据很有希望,因为它们即使在不违反正电量上限的上限的情况下也可以测试二次源假设的故障。”

超新星来源?

“什么是更有趣的是,如果他们能够回答这个问题:什么是实际来源‘宇宙射线积极的二次起源’?” says Subir Sarkar.是英国牛津大学的粒子理论家,他没有参与当前的工作。 Sarkar说 他的小组’s research 已经表明,源是附近的超新星残余物,其加速高能质子,其与环境物质相互作用以使正的正品 accelerated. “我们为正电子分数所做的预测–基于Fermi卫星的正电子/电子通量的独立测量–与AMS-02调查结果一致,” says Sarkar.

虽然Blum和同事承认,原则上,Pulsars或暗物质可能有助于实验测量的助焊剂,但他坚持认为有一个好的,如果不是明确的,理论原因怀疑这种情况的存在显着贡献额外的异国情调。“如果一个完全无关的物理过程,例如暗品湮灭,在正常的数量促使观察到的通量与纯粹的次要预测中同意,忽略了能量损失,那么这将是非常令人惊讶的” concludes Blum.

该研究发表在 物理评论信.

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