Start misji GAPS w Antarktydzie: Poszukiwanie antymaterii i badanie ciemnej materii

Szestnastego grudnia 2025 roku, z rozległych, lodowych pustkowi Antarktydy, rozpoczęła się ważna misja naukowa. Wykorzystuje ona zaawansowany balon naukowy, którego głównym celem jest wykrycie rzadkich jąder kosmicznej antymaterii. Aparatura ta, znana jako Spektrometr Cząstek Anty-Ogólnych (GAPS), została wystrzelona w ramach corocznej kampanii NASA. Balon wystartował z bazy zlokalizowanej w pobliżu stacji McMurdo, zarządzanej przez amerykańską Fundację Naukową (NSF), a konkretnie z lodowca szelfowego Rossa.

Misja ta zakłada osiągnięcie pułapu operacyjnego wynoszącego 120 000 stóp, co odpowiada mniej więcej 36 kilometrom nad powierzchnią Ziemi. Na tej wysokości, gdzie atmosfera jest wyjątkowo rzadka, panują optymalne warunki do rejestrowania cząstek kosmicznych. Eksperyment GAPS został precyzyjnie skalibrowany do identyfikacji antydeuteronów. Uważa się, że te cząstki mogłyby stanowić pierwszy pośredni dowód na korpuskularną naturę ciemnej materii, która, według szacunków, stanowi ponad 80% całkowitej masy Wszechświata. Udany start, który miał miejsce 16 grudnia o godzinie 5:30 czasu standardowego Nowej Zelandii, zainaugurował wielotygodniowy okres obserwacji, które będą prowadzone podczas lotu cyrkulacyjnego wokół kontynentu.

GAPS wykorzystuje innowacyjną metodę identyfikacji antycząstek. Technika ta opiera się na formowaniu egzotycznego atomu, a następnie jego rozpadzie, który generuje promieniowanie rentgenowskie oraz ślad pionowo-protonowy pochodzący z anihilacji. Ta koncepcja, odmienna od podejścia stosowanego w spektrometrach magnetycznych, zapewnia wysoką czułość na antycząstki o niskiej energii, takie jak antyprotony i antydeuterony. Co więcej, metoda ta skutecznie tłumi zakłócenia tła. Lokalizacja blisko bieguna południowego, charakteryzująca się niską geomagnetyczną sztywnością odcięcia, dodatkowo wzmacnia wrażliwość przyrządu na antydeuterony o niskiej energii. Wiele teorii dotyczących ciemnej materii przewiduje, że właśnie w tym zakresie energetycznym powinny się one manifestować.

Projekt GAPS jest owocem międzynarodowej współpracy naukowej. W jego opracowaniu kluczową rolę odegrał Uniwersytet Hawajski w Mānoa. W przedsięwzięcie zaangażowane były również takie instytucje jak Uniwersytet Columbia, Uniwersytet Kalifornijski w Los Angeles oraz Uniwersytet Północno-Wschodni, a także partnerzy z Japonii, Włoch i Chin. Profesor Philip von Doetinchem, kierujący projektem, podkreślił, że ten eksperyment stawia Hawaje w awangardzie rozwikłania jednej z największych zagadek współczesnej fizyki. Warto wspomnieć, że wcześniejsze testy tej technologii obejmowały weryfikację koncepcji w akceleratorze KEK w Japonii w 2005 roku oraz lot testowy prototypu (pGAPS) w czerwcu 2012 roku.

Misja ta wpisuje się w szerszy program NASA, w ramach którego wystrzelono również aparat PUEO (Payload for Ultrahigh Energy Observations). PUEO to pierwszy projekt wybrany w ramach programu NASA „Astrofizyczne Pionierzy”, który ma wspierać obiecujące badania przy niższych kosztach. Podczas gdy PUEO koncentruje się na rejestrowaniu neutrin, GAPS skupia swoje wysiłki na antymaterii, co świadczy o wielowymiarowym podejściu do badania kosmosu. Przewiduje się, że zbieranie danych, które potrwa kilka tygodni, dostarczy bezprecedensowych ograniczeń dla modeli ciemnej materii. Wyniki GAPS albo doprowadzą do pierwszego jednoznacznego odkrycia kosmicznego antydeuteronu, albo wykluczą szeroki wachlarz modeli, które przewidują ich powstawanie.