(AGENPARL) - Roma, 12 Dicembre 2022 - (AGENPARL) – lun 12 dicembre 2022 MEDIA INFORMATION / INFORMATION PRESSE
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Artist’s impression of the ALICE study of the transparency of the Milky Way to antimatter/Impression d’artiste de l’étude ALICE sur la transparence de la Voie lactée à l’antimatière (Credit: ORIGINS Cluster, Technical University Munich)
ALICE estimates how transparent the Milky Way is to antimatter
To find out whether dark matter is the source behind any potential detections of light antinuclei from outer space, physicists need to determine the number, or more precisely the â??fluxâ?, of light antinuclei that is expected to reach the near-Earth location of these experiments. This flux depends on features such as the exact type of antimatter source in our Galaxy and the rate at which it produces antinuclei, but also on the rate at which the antinuclei should later disappear through annihilation or absorption when they encounter normal matter on their journey to Earth.
Next, the ALICE researchers incorporated the obtained disappearance rate into a publicly available computer programme called GALPROP, which simulates the propagation of cosmic particles, including antinuclei, in the Galaxy. They considered two models of the flux of antihelium-3 nuclei expected near Earth after the nucleiâ??s journey from sources in the Milky Way. One model assumes that the sources are cosmic-ray collisions with the interstellar medium, and the other describes them as hypothetical dark-matter particles called weakly interacting massive particles (WIMPs).
For each model, the ALICE team then estimated the transparency of the Milky Way to antihelium-3 nuclei, that is, the Galaxyâ??s ability to let the nuclei through without being absorbed. They did so by dividing the ï¬?ux obtained with and without antinuclei disappearance.
For the dark-matter model, the ALICE researchers obtained a transparency of about 50%, whereas for the cosmic-ray model the transparency ranged from 25% to 90% depending on the energy of the antinucleus. These transparency values show that antihelium-3 nuclei originating from dark matter or cosmic-ray collisions can travel long distances â?? of several kiloparsecs2 â?? in the Milky Way without being absorbed.
â??Our results show, for the first time on the basis of a direct absorption measurement, that antihelium-3 nuclei coming from as far as the centre of our Galaxy can reach near-Earth locations,â? says ALICE physics coordinator Andrea Dainese.
â??Our findings demonstrate that searches for light antimatter nuclei from outer space remain a powerful way to hunt for dark matter,â? says ALICE spokesperson Luciano Musa.
Further information:
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1 Antihelium-3 nuclei are made up of two antiprotons and one antineutron, the antimatter equivalents of the proton and the neutron, respectively.
2 One kiloparsec is a thousand parsecs. One parsec is about 31 trillion kilometres.
About CERN
CERN, the European Organization for Nuclear Research, is one of the world’s leading laboratories for particle physics. The Organization is located on the French-Swiss border, with its headquarters in Geneva. Its Member States are: Austria, Belgium, Bulgaria, Czech Republic, Denmark, Finland, France, Germany, Greece, Hungary, Israel, Italy, Netherlands, Norway, Poland, Portugal, Romania, Serbia, Slovakia, Spain, Sweden, Switzerland and the United Kingdom. Cyprus, Estonia and Slovenia are Associate Member States in the pre-stage to Membership. Croatia, India, Latvia, Lithuania, Pakistan, Türkiye and Ukraine are Associate Member States. Japan and the United States of America currently have Observer status, as do the European Union and UNESCO. The Observer status of the Russian Federation and of JINR is suspended in accordance with the CERN Council Resolutions of 8 March 2022 and 25 March 2022, respectively.
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ALICE mesure le degré de transparence de la Voie lactée à l’antimatière
Pour savoir si la matière noire est à l’origine d’antinoyaux légers qui pourraient éventuellement être détectés en provenance de l’espace, les scientifiques doivent déterminer le nombre, ou plus précisément le « flux », d’antinoyaux légers qui devrait atteindre la zone proche de la Terre où se déroulent ces expériences. Ce flux dépend de caractéristiques telles que le type exact de source d’antimatière présente dans notre galaxie et la cadence à laquelle cette source produit des antinoyaux, mais aussi de la cadence à laquelle les antinoyaux devraient ensuite disparaître par annihilation ou absorption lorsqu’ils rencontrent de la matière ordinaire sur leur parcours en direction de la Terre.
L’équipe d’ALICE a intégré le taux de disparition ainsi obtenu dans un programme informatique accessible au public appelé GALPROP. Ce programme simule la propagation des particules cosmiques, y compris les antinoyaux, dans la galaxie. Lâ??équipe a étudié deux modèles de flux de noyaux d’antihélium-3 attendus à proximité de la Terre après le voyage de ces noyaux en provenance de sources présentes dans la Voie lactée. Sâ??agissant des sources étudiées, l’un des modèles a pris pour hypothèse des collisions de rayons cosmiques avec le milieu interstellaire, et l’autre modèle des particules hypothétiques de matière noire, appelées particules massives interagissant faiblement (WIMP).
Pour chaque modèle, l’équipe d’ALICE a ensuite évalué le degré de transparence de la Voie lactée aux noyaux d’antihélium-3, c’est-à-dire la capacité de la galaxie de laisser passer les noyaux sans quâ??ils soient absorbés. Pour ce faire, l’équipe a réparti les ï¬?ux selon qu’ils ont été obtenus avec disparition dâ??antinoyaux ou sans disparition dâ??antinoyaux.
Dans le modèle prenant pour hypothèse des particules de matière noire, les scientifiques d’ALICE ont obtenu une transparence d’environ 50 %, tandis que, dans le modèle prenant pour hypothèse des rayons cosmiques, la transparence variait de 25 à 90 % en fonction de l’énergie de l’antinoyau. Ces valeurs de transparence montrent que les noyaux d’antihélium-3 provenant de la matière noire ou de collisions de rayons cosmiques peuvent parcourir de longues distances, de l’ordre de plusieurs kiloparsecs2, dans la Voie lactée, sans être absorbés.
« Nos résultats démontrent, pour la première fois à partir d’une mesure d’absorption directe, que des noyaux d’antihélium-3 provenant d’aussi loin que le centre de notre galaxie peuvent atteindre des zones proches de la Terre », explique Andrea Dainese, coordinateur pour la physique à ALICE.
« Ces résultats montrent que la recherche de noyaux d’antimatière légers en provenance de l’espace reste un moyen puissant de traquer la matière noire », souligne Luciano Musa, porte-parole d’ALICE.
Pour en savoir plus:
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1 Les noyaux d’antihélium-3 sont constitués de deux antiprotons et d’un antineutron, respectivement les équivalents dans l’antimatière du proton et du neutron.
2 Un kiloparsec équivaut à un millier de parsecs. Un parsec équivaut à environ 31 mille milliards de kilomètres.
A propos du CERN
Le CERN, Organisation européenne pour la Recherche nucléaire, est lâ??un des plus éminents laboratoires de recherche en physique des particules du monde. Située de part et dâ??autre de la frontière franco-suisse, lâ??Organisation a son siège à Genève. Ses Ã?tats membres sont les suivants : Allemagne, Autriche, Belgique, Bulgarie, Danemark, Espagne, Finlande, France, Grèce, Hongrie, Israël, Italie, Norvège, Pays-Bas, Pologne, Portugal, République tchèque, Roumanie, Royaume-Uni, Serbie, Slovaquie, Suède et Suisse. Chypre, l’Estonie et la Slovénie sont Ã?tats membres associés en phase préalable à lâ??adhésion. La Croatie, lâ??Inde, la Lettonie, la Lituanie, le Pakistan, la Turquie et l’Ukraine sont Ã?tats membres associés. Les Ã?tats-Unis dâ??Amérique et le Japon ont actuellement le statut dâ??observateur, ainsi que lâ??UNESCO et lâ??Union européenne. Le statut dâ??observateur de la Fédération de Russie et du JINR est suspendu conformément aux Résolutions du Conseil du CERN prises respectivement le 8 mars 2022 et le 25 mars 2022.
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