Поиск античастиц в космических лучах является одной из ключевых задач современной астрофизики, позволяющей исследовать барионную асимметрию Вселенной и поиск сигналов тёмной материи. Основные эксперименты AMS-02 и PAMELA открывают новую эпоху в изучении космического антивещества.
Историческая перспектива. Первые антипротоны в космических лучах были обнаружены в конце 1970-х годов в баллонных экспериментах ФТИ РАН на высотах с остаточным давлением 10 г/см². Измерения показали отношения потоков антипротонов к протонам 2,4×10⁻⁴ (2-5 ГэВ) и 6×10⁻⁵ (0,2-2 ГэВ).
Космические детекторы. Эксперимент PAMELA (2006-2016) стал первым спутниковым магнитным спектрометром, специально предназначенным для точных измерений античастиц. Масса прибора 470 кг, мощность 335 Вт. Использует постоянный магнит для разделения положительных и отрицательных зарядов, кремниевый трекер и вольфрам-кремниевый калориметр.
AMS-02 на МКС. Альфа-магнитный спектрометр AMS-02, установленный на МКС в 2011 году, обнаружил интригующие аномалии в космических лучах. В частности, зафиксированы редкие события антигелия, что может указывать на существование областей с преобладанием антивещества. Частота обнаружения превышает предсказания Стандартной модели.
Поиск антизвёзд. Анализ каталога 5787 источников гамма-излучения телескопа Fermi выявил 14 кандидатов в антизвёзды. Критерии: точечность источника, специфический спектр гамма-лучей от аннигиляции с межзвёздным газом, неизвестная природа. Расчёты показывают, что максимум одна из 400 000 звёзд в галактическом диске может состоять из антиматерии.
Транспортировка антивещества. В 2024 году команды BASE-STEP и PUMA впервые транспортировали антивещество за пределы лаборатории ЦЕРН. Использовались специальные магнитные ловушки с охлаждением до 4 К, автономной работой 4 часа и мобильными генераторами. Это открывает возможности для изучения антивещества в европейских университетах.
Гипотеза космических огненных шаров. Для объяснения избытка антигелия предложена модель энергичных столкновений тёмной материи, создающих плотные области с обильным рождением античастиц. После образования такие «огненные шары» разлетаются со скоростью, близкой к световой, выбрасывая антипротоны, антинейтроны и антигелий.
Эксперимент BESS. Серия баллонных полётов 1993-2008 годов достигла чувствительности 6,7×10⁻⁸ для отношения антигелий/гелий, но не обнаружила ни одного ядра антигелия. Многодневные полёты в Антарктике позволили исследовать диапазон жёсткости 0,6-20 ГВ.
Перспективы исследований. Будущие нейтринные телескопы смогут различить материю и антиматерию, поскольку звёзды из материи излучают преимущественно нейтрино, а антизвёзды — антинейтрино. Также планируется создание сети доставки антипротонов из ЦЕРН в европейские лаборатории для прецизионных измерений.
Античастицы в космосе остаются одной из величайших загадок Вселенной, ключом к пониманию почему наш мир состоит из материи, а не из равного количества вещества и антивещества.