Des travaux, dont les résultats ont été publiés dans la revue Physical Review Letters (article 1 et article 2), ont permis, grâce au détecteur AMS (Spectromètre Magnétique Alpha) arrimé à la Station spatiale internationale, d'apporter «un nouvel éclairage sur la nature du mystérieux excédent de positons observé dans le flux de rayons cosmiques».

Les positons, qui «sont les équivalents en antimatière des électrons», sont dotés de la même masse et d'une charge opposée. La présence d’un certain nombre d'entre eux dans l’espace «peut s’expliquer par les collisions de rayons cosmiques, mais ce phénomène ne pourrait produire qu’une faible quantité d’antimatière dans l’ensemble du spectre des rayons cosmiques».

Comme «l’antimatière est extrêmement rare dans l’Univers», un «excédent significatif de particules d’antimatière enregistré dans le flux de rayons cosmiques énergétiques indique l’existence d’une nouvelle source de positons» qui pourrait provenir «d'étoiles très denses, comme les pulsars».

Dans ce contexte, «la collaboration AMS a analysé 41 milliards d’événements correspondant à des rayons cosmiques primaires, parmi lesquels 10 millions ont été identifiés comme des électrons ou des positons».

Les mesures «dans une gamme d’énergies allant de 0,5 à 500 GeV» montrent clairement une augmentation des positons à partir de 8 GeV, quelle que soit la direction d’où proviennent les rayons dans l’espace». De plus, «l'énergie à laquelle la proportion de positons cesse d’augmenter a été mesurée à 275±32 GeV» et «c'est la première fois, après un demi-siècle d’expériences sur les rayons cosmiques», qu'on «observe ce maximum de la proportion de positons».

Des mesures «pour déterminer le rythme auquel la proportion de positons diminue après le point d’inflexion» sont effectuées par l'équipe d'AMS, car «la rapidité de cette diminution quand on atteint l’énergie correspondant au point d’inflexion» pourrait indiquer que «l’excédent de positons est la signature de particules de matière noire qui s’annihilent en paires d’électrons et de positons».

En effet, «même si les mesures actuelles pourraient être expliquées par des objets tels que les pulsars», elles peuvent également correspondre «à ce que pourraient donner des particules de matière noire ayant des masses de l’ordre de 1TeV».

Comme «différents modèles sur la nature de la matière noire prédisent différents profils de l’excédent de positons par rapport à la proportion de positons attendue dans les collisions de rayons cosmiques ordinaires», les résultats pour des énergies plus élevées «seront d’une importance capitale, dans un futur proche, pour déterminer si le signal provient de la matière noire ou d’une source cosmique».

Par ailleurs, «AMS a également observé que le flux d’électrons et le flux de positons changent tous deux de comportement à une énergie d’environ 30 GeV, mais que ces deux flux présentent des différences significatives du point de vue de leur intensité et de leur profil en fonction de l'énergie».

Plus particulièrement, «entre 20 et 200 GeV, la pente de la courbe pour le flux de positons est étonnamment plus abrupte que pour le flux d’électrons», ce qui est un indice «que l’excédent observé dans la proportion de positons est dû à un excédent relatif de positons de haute énergie, et non à la perte d’électrons de haute énergie».

Cette observation, qui est très utile «pour mieux comprendre l’origine des électrons et des positons des rayons cosmiques», est «peut-être le signe d’un phénomène inconnu».