理解反物质过剩

来自附近脉冲星的新数据可能刚刚解决了一个正电子问题。

我们都听说过物质，但你听说过反物质吗?

反物质是物质的镜像伴侣。每一个物质粒子都有一个反物质伙伴——一个质量相同但电荷相反的粒子。当物质和反物质碰撞时，它们会相互湮灭。

早在2008年，天文学家就在几个太空实验中观察到一些意想不到的反物质在地球大气层上方绕轨道运行。观察结果令人困惑:这些多余的正电子(电子的反物质伴侣)从何而来?
有两种理论——正电子可能与暗物质有关，这种无形的物质困扰了科学家几十年，或者它们是由附近的两颗脉冲星发射的?

“当我们仰望天空，看到脉冲物体时，脉冲星第一次被发现，我们现在所知道的是中子星——中子星是一颗恒星坍缩的结果，不是黑洞，而是一个非常密集的小天体。你有一个巨大的原子核在旋转，你有一个旋转的磁场，它产生了一束光和粒子。我们称它们为脉冲星，因为如果沿着磁场的光束击中我们，我们经常会看到光脉冲或x射线甚至伽马射线与中子星的旋转同步，”马里兰大学的乔丹古德曼教授解释说，他是HAWC合作的发言人。

“产生这种过剩正电子的可能背景之一是本地来源。最有可能的本地来源是附近的中年脉冲星。这个想法是，一颗中年脉冲星已经存在了足够长的时间，可以将电子和正电子发送到地球附近。我们看到的这两个物体是附近的两个脉冲星，它们是正电子过剩的主要嫌疑人……”

当来自太空的辐射进入我们的大气层时，它会产生粒子雨，有时会有一百万个粒子倾泻到地面。HAWC——位于墨西哥的高海拔水切伦科夫伽马射线天文台——利用300个水箱组成的阵列探测这些粒子，每个水箱容纳近20万升水。这些容器被称为水-切伦科夫探测器，用于观察被称为切伦科夫辐射的闪光，这种闪光是粒子在空气或水等介质中运动时发出的，速度比光在该介质中的传播速度快。HAWC使用每个探测器的测量数据来构建正在发生的事情的图像。

“如果你考虑我们如何重建粒子的方向，就像你把手放在电脑的键盘上。如果你同时触摸所有的键，你就会知道你的手是直接向下的。如果你从PLM这边进来你会知道它是从右边来的或者AQZ这边你会知道它是从左边来的你可以告诉你的手到达的方向。这就是我们对淋浴所做的，我们根据水中光线到达300个探测器的时间将它们指向太空。”

HAWC已经能够观察到两颗脉冲星的辐射，并使用一个简单的模型来表明中子星不太可能产生能够到达地球的正电子，并解释了多余的正电子。正如古德曼所说:“我们并没有排除他们不是罪魁祸首的可能性，我们只是给了他们一个很好的不在场证明。”这可能意味着多余的正电子与暗物质有关，并可能在未来帮助我们理解宇宙中这个神秘的部分。