Запуск спектрометра GAPS в Антарктиді: Пошуки антиматерії та таємниці темної матерії

Шістнадцятого грудня 2025 року з крижаних просторів Антарктиди розпочалася важлива наукова експедиція. Вона передбачає використання великогабаритного наукового аеростата, розробленого для виявлення рідкісних ядер космічної антиматерії. Цей апарат, відомий як Спектрометр Загальних Античастинок (GAPS), був запущений у рамках щорічної програми NASA. Запуск відбувся з бази, розташованої поблизу станції Мак-Мердо, яка належить Національному науковому фонду США, на шельфовому льодовику Росса.

Основна мета цієї місії — досягти робочої висоти, що становить 120 000 футів, або приблизно 36 кілометрів над земною поверхнею. Саме на такій висоті розріджена атмосфера створює ідеальні умови для реєстрації елементарних частинок. Експеримент GAPS спеціально налаштований на ідентифікацію антидейтронів. Їхнє виявлення може стати першим непрямим підтвердженням корпускулярної природи темної матерії, яка, за оцінками вчених, становить понад 80% загальної маси нашого Всесвіту. Успішний старт, який відбувся о 5:30 ранку за новозеландським стандартним часом 16 грудня, започаткував багатотижневий період спостережень, що включатиме циркулюючий політ навколо континенту.

GAPS застосовує інноваційний підхід до ідентифікації античастинок. Цей метод базується на формуванні так званого екзотичного атома, його подальшому розпаді з випромінюванням рентгенівських променів та фіксації піонно-протонного сліду, що виникає внаслідок анігіляції. На відміну від традиційних експериментів із магнітними спектрометрами, ця концепція забезпечує високу чутливість до низькоенергетичних античастинок, зокрема антипротонів та антидейтронів. Водночас вона значно пригнічує фонові шуми. Низький поріг жорсткості геомагнітного поля поблизу Південного полюса додатково посилює здатність приладу реєструвати саме низькоенергетичні антидейтрони, які, згідно з багатьма теоріями темної матерії, мають проявлятися саме в цьому енергетичному діапазоні.

Проект GAPS є яскравим прикладом міжнародної наукової співпраці. Ключову роль у його розробці відіграв Гавайський університет у Маноа. У проєкті також брали участь такі авторитетні установи, як Колумбійський університет, Каліфорнійський університет у Лос-Анджелесі та Північно-Східний університет, а також партнери з Японії, Італії та Китаю. Професор Філіп фон Доетінхем, керівник проєкту, підкреслив, що цей експеримент виводить Гаваї на передові позиції у розгадці однієї з найбільших таємниць сучасної фізики. Варто зазначити, що технологія вже проходила попередні випробування: концепція була перевірена на прискорювачі в КЕК, Японія, ще у 2005 році, а льотне випробування прототипу (pGAPS) відбулося у червні 2012 року.

Ця місія інтегрована у ширшу програму NASA. У рамках цієї програми також запущено апарат PUEO (Payload for Ultrahigh Energy Observations) — перший проєкт, обраний за програмою «Астрофізичні Піонери» NASA, яка спрямована на підтримку інноваційних досліджень за менш значних фінансових витрат. Якщо PUEO зосереджується на реєстрації нейтрино, то GAPS цілеспрямовано працює з антиматерією, що демонструє комплексний підхід до вивчення космосу. Збір даних, який триватиме кілька тижнів, має на меті встановити безпрецедентні обмеження для існуючих моделей темної матерії. Результати GAPS або призведуть до першого однозначного підтвердження існування космічного антидейтрона, або ж виключать цілий спектр моделей, які його передбачають. Це справді може стати проривом, який змінить наше розуміння Всесвіту.