Eräs COSMO-konferenssissa keskustelua herättäneistä aiheista oli PAMELA-satelliittikokeen jo jonkun aikaa syynissä olleet havainnot, jotka saattavat kieliä pimeästä aineesta, jonka luonnetta ei tunneta tarkkaan.

Lyhyesti sanottuna, PAMELA näkee odotettua enemmän positroneja. Pimeään aineeseen tämä liittyy siten, että tyypillisissä malleissa pimeä aine koostuu hiukkasten ja antihiukkasten sekoituksesta. Hiukkasen kohdatessa antihiukkasen pari annihiloituu ja syntyy erilaisia hiukkasia, muun muassa elektroneja ja positroneja. Pimeän aineen löytäminen olisi huikea saavutus, joten mahdollisiin signaaleihin tartutaan hanakasti. Mielenkiintoa lisää se seikka, että PAMELAn löytämien ylimääräisten positronien energia on sitä suuruusluokkaa, mitä pimeältä aineelta saattaisi odottaa. (PAMELAsta yksityiskohtaisemmin kiinnostuneet ohjaan Jesterin luo.)

Valitettavasti, vaikka suosituimmat pimeän aineen mallit tuottavat positroneja oikealla energialla, ne eivät sovi signaaliin muuten. Ensinnäkin PAMELA näkee positroneja aivan ylenmäärin, tuhat kertaa odotettua enemmän. Toisekseen PAMELAn mukaan antiprotoneissa ei ole mitään ylijäämää, vaikka niitä odottaisi tulevan yhtä lailla positronien kanssa. No, teoreetikko ei anna moisen masentaa itseään, vaan rupeaa rakentamaan mallia, jossa pimeän aineen hajoaminen tuottaakin positroneja pilvin pimein ja keksii syyn, miksi antiprotoneja ei synny yhtä paljon. Ensimmäisen voi yrittää selittää vaikkapa sillä, että pimeää ainetta on lähistöllä odotettua enemmän, ja toisen tekemällä pimeän aineen vuorovaikutuksista protonien kanssa erittäin heikkoja, jolloin se annihiloituu mieluummin elektroni-positroni-pareiksi. Jos tässä onnistuu, niin sitten voikin tarkistaa, tuleeko annihilaatiosta gammasäteitä oikeaa määrää, ja jos ei, niin säätää sitä ongelmaa.

PAMELA ei ole ensimmäinen eikä viimeinen koe, jonka havainnot ovat herättäneet toiveita pimeän aineen löytymisestä. PAMELAn tulkinta on kesken, ja saattaa olla, että positroniylijäämä koostuukin protoneista, joita ei ole instrumentissa tunnistettu oikein. Toinen mahdollisuus on se, että supernovajäänteissä, joista osa positroneista on luultavasti peräisin, syntyy luultua enemmän korkeaenergisiä positroneja. Voi myös olla, että ylijäämä on peräisin läheisistä pulsareista, joiden positronintuottomekanismeja ei tunneta yksityiskohtaisesti.

Mahdollisuuksien ollessa avoinna ei kannata pitää pimeä aine -tulkintaa varmana. Mutta kääntäen, kun totuus ei ole paikoilleen kiinnitetty, on mahdollista julkaista erilaisia malleja ennen kuin parempi tieto sulkee ne pois. Jos on valmis kertomaan positronien määrän tuhannella ja samalla kuristamaan antiprotonit olemattomiin, niin miksei kääntää paria vipua lisää ja selittää kaiken muunkin? Jo ennen PAMELA-datan julkaisemista -paparazzit kun levittivät kuvia etukäteen- esitettiin malli tai muutama, joka selittää PAMELAn lisäksi joukon muita vielä epätodennäisempiä havaintoja, ATIC-, EGRET-, INTEGRAL- ja WMAP-satelliittien ehkä näkemästä ylijäämäsäteilystä DAMAn laboratoriokokeisiin. Saatan palata joihinkin näistä kokeista myöhemmin: tässä yhteydessä oleellista on vain se, että niitä on monta ja niiden havainnot ovat kaikki erilaisia ja kaikki epävarmoja.

Sanotaan, että paras teoria on se, joka selittää mahdollisimman paljon asioita mahdollisimman vähäisillä oletuksilla. Tässä yhteydessä mieleen tulee toinen fyysikoiden sananlasku: jos teoria selittää kaikki havainnot, se on varmasti väärin, koska osa havainnoista on virheellisiä. Erityisesti epävarmojen havaintojen ylenpalttinen kasaaminen toistensa päälle tekee mallista korkeintaan yhtä uskottavan kuin havainnoista heikoin. Tämä ei tarkoita sitä, että mallien tuunaaminen selittämään kaikkea mahdollista olisi irrationaalista toimintaa: eräs tällainen julkaisu on saanut vajaassa vuodessa yli 200 viitettä, siis useammin kuin viitteen joka toinen päivä. Niillä mittareilla, joilla tutkimusta arvioidaan, se on menestys. Jos joku mallin piirteistä vielä sattuisikin osoittautumaan oikeaksi, sen ensin esittänyt saa kunnian. Jos onni ei ole myötä, ei menetä mitään.

Huippuyliopiston infrastruktuuripäivitys: Pari kuukautta sitten melkein kollegani päälle pudonnut ikkuna vaihdettiin viimein toissapäivänä uuteen. Muiden ikkunoiden putoamisriskiä ei kaiketi tarkistettu. Sen sijaan joku ilmaantui yllättäen huoneeseeni tekemään asbestimittauksia. Tylsäksi työympäristöä ei voi kutsua.

Kommentit (2)

Ajattelin vain kirjoittaa.

Sarkasmisi on mukavaa luettavaa.

Vale, valhe, emävalhe, tilasto, teoria, mallinnus. ;-)

Vieraita avaruudesta - blogit ...

[...] liittyviä havaintoja tulee esille tuon tuosta, viime vuosien eniten huomiota saanut tapaus oli PAMELA-satelliittikokeen havainnot. Antihiukkasia tulee kuitenkin myös tavanomaisemmista lähteistä, [...]

Seuraa 

Maailmankaikkeutta etsimässä

Blogin päivittäminen on päättynyt.

Syksy Räsänen on teoreettinen fyysikko Helsingin yliopistossa. Syksy kirjoittaa kosmologiasta, hiukkasfysiikasta ja niiden tekemisestä, tai ainakin asioista sinne päin.

Teemat

Blogiarkisto