Detektor PAMELA - PAMELA detector
|
|
|
|
| Organizacja | Grupa PAMELA |
|---|---|
| Typ misji | Promień kosmiczny |
| Hostuj satelitę | Resurs DK1 |
| Uruchomić | 15 czerwca 2006 |
| Uruchom pojazd | Sojuz-FG |
| Uruchom witrynę | Kosmodrom Bajkonur |
| Czas trwania misji | 3 lata (planowane), ponad 9 lat osiągnięto |
| Koniec misji | 7 lutego 2016 |
| Masa | 470 kg |
| maksymalna długość | 1300 mm |
| Pobór energii | 335 watów |
| Strona internetowa | Strona główna PAMELI |
| Elementy orbitalne (Resurs DK1) | |
| Nachylenie | 70 stopni |
| Orbita | quasi-biegunowy eliptyczny |
| Minimalna wysokość | 360 km |
| Maksymalna wysokość | 604 km |
| Kropka | 94.02 min |
PAMELA (ang. Payload for Antimatter Matter Exploration and Light-nuclei Astrophysics ) była modułem badawczym promieniowania kosmicznego przymocowanym do satelity krążącego wokół Ziemi. PAMELA została wystrzelona 15 czerwca 2006 roku i była pierwszym satelitarnym eksperymentem poświęconym detekcji promieniowania kosmicznego , ze szczególnym uwzględnieniem ich składnika antymaterii w postaci pozytonów i antyprotonów . Inne cele obejmowały długoterminowe monitorowanie słonecznej modulacji promieni kosmicznych, pomiary energetycznych cząstek ze Słońca , wysokoenergetycznych cząstek w magnetosferze Ziemi i elektronów Jowisza . Miano również nadzieję, że może wykryć dowody anihilacji ciemnej materii . Działalność PAMELA została zakończona w 2016 roku, podobnie jak działalność hosta-satelity Resurs-DK1 . Eksperyment był uznanym eksperymentem CERN (RE2B).
Rozwój i uruchomienie
PAMELA była jak dotąd największym urządzeniem zbudowanym w ramach współpracy Wizard, która obejmuje Rosję, Włochy, Niemcy i Szwecję, i była zaangażowana w wiele eksperymentów z promieniowaniem kosmicznym opartych na satelitach i balonach, takich jak Fermi-GLAST . Początkowo przewidywano, że ważący 470 kg, 32 mln USD (24,8 mln EUR, 16,8 mln GBP) instrument będzie miał trzyletnią misję. Jednak ten trwały moduł nadal działał i wniósł znaczący wkład naukowy do 2016 r.
PAMELA jest zamontowana na skierowanej w górę stronie rosyjskiego satelity Resurs-DK1 . Została wystrzelona przez rakietę Sojuz z kosmodromu Bajkonur 15 czerwca 2006 roku. PAMELA została umieszczona na eliptycznej orbicie polarnej na wysokości od 350 do 610 km, z nachyleniem 70°.
Projekt
Urządzenie ma wysokość 1,3 m, całkowitą masę 470 kg i pobór mocy 335 W. Przyrząd jest zbudowany wokół spektrometru z magnesami trwałymi z krzemowym mikropaskowym trackerem, który zapewnia sztywność i informacje dE/dx. Na jego dnie znajduje się kalorymetr obrazujący krzemowo-wolframowy, detektor neutronów i scyntylator ogona prysznica do rozróżniania lepton/hadron. Czas lotu (ToF), złożony z trzech warstw plastikowych scyntylatorów, służy do pomiaru prędkości i ładunku cząstki. System antylicznikowy złożony ze scyntylatorów otaczających aparat służy do odrzucania fałszywych wyzwalaczy i cząstek albedo podczas analizy off-line.
| Cząstka | Zakres energii |
|---|---|
| Strumień antyprotonowy | 80 MeV – 190 GeV |
| Strumień pozytonów | 50 MeV – 270 GeV |
| Strumień elektronów | do 400 GeV |
| Strumień protonów | do 700 GeV |
| Strumień elektronów/pozytonów | do 2 TeV |
| Lekkie jądra (do Z=6) | do 200 GeV/n |
| Izotopy światła (D, 3He) | do 1 GeV/n |
| Poszukiwanie antyjąder | czułość lepsza niż 10-7 antyHe/He |
Wyniki
Wstępne dane (opublikowane w sierpniu 2008 r., ICHEP Filadelfia) wskazują na nadmiar pozytonów w zakresie 10–60 GeV. Uważa się, że jest to możliwa oznaka anihilacji ciemnej materii : hipotetyczne WIMP zderzają się i anihilują, tworząc promienie gamma, materię i cząstki antymaterii. Innym wyjaśnieniem rozważanym dla powyższego wskazania jest wytwarzanie par elektron-pozyton na pulsarach z późniejszym przyspieszeniem w pobliżu pulsara.
Dane z pierwszych dwóch lat zostały opublikowane w październiku 2008 r. w trzech publikacjach. Potwierdzono nadmiar pozytonów i stwierdzono, że utrzymuje się do 90 GeV. Co zaskakujące, nie znaleziono nadmiaru antyprotonów. Jest to niezgodne z przewidywaniami z większości modeli źródeł ciemnej materii, w których nadmiary pozytonów i antyprotonów są skorelowane.
Artykuł opublikowany 15 lipca 2011 r. potwierdził wcześniejsze spekulacje, że pas Van Allena może ograniczyć znaczny strumień antyprotonów wytwarzanych w wyniku oddziaływania górnych warstw atmosfery Ziemi z promieniowaniem kosmicznym . Energię antyprotonów mierzono w zakresie 60–750 MeV. Promienie kosmiczne zderzają się z atomami w górnej atmosferze, tworząc antyneutrony , które z kolei rozpadają się na antyprotony. Zostały odkryte w części pasa Van Allena najbliżej Ziemi. Kiedy antyproton wchodzi w interakcję z normalną cząsteczką, oba ulegają anihilacji. Dane z PAMELA wskazywały, że te anihilacje miały miejsce tysiąc razy częściej niż można by się spodziewać przy braku antymaterii . Dane zawierające dowody na obecność antymaterii zostały zebrane między lipcem 2006 a grudniem 2008 roku.
Pomiary strumienia boru i węgla zostały opublikowane w lipcu 2014 r., co jest ważne dla wyjaśnienia trendów we frakcji pozytonów w promieniowaniu kosmicznym.
Dokument podsumowujący działalność PAMELI został opublikowany w 2017 roku.
Źródła błędów
Od 1 do 100 GeV, PAMELA jest wystawiona na działanie stu razy większej liczby elektronów niż antyprotonów. Przy 1 GeV jest tysiąc razy więcej protonów niż pozytonów, a przy 100 GeV dziesięć tysięcy razy więcej. Dlatego, aby poprawnie określić zasobność antymaterii, bardzo ważne jest, aby PAMELA była w stanie odrzucić tło materii. Współpraca PAMELA twierdziła w "The electron hadronsepara performance of the PAMELA electrocalorimeter", że mniej niż jeden proton na 100 000 jest w stanie przejść przez selekcję kalorymetru i zostać błędnie zidentyfikowany jako pozyton, gdy energia jest mniejsza niż 200 GeV.
Stosunek materii do antymaterii w promieniach kosmicznych o energii poniżej 10 GeV, które docierają do PAMELI spoza Układu Słonecznego, zależy od aktywności słonecznej, aw szczególności od punktu w 11-letnim cyklu słonecznym . Zespół PAMELA powołał się na ten efekt, aby wyjaśnić rozbieżność między ich wynikami niskoenergetycznymi a wynikami uzyskanymi przez CAPRICE , HEAT i AMS-01 , które zostały zebrane podczas tej połowy cyklu, kiedy słoneczne pole magnetyczne miało przeciwną polaryzację. Należy zauważyć, że wyniki te są zgodne z serią pomiarów pozytonów/elektronów uzyskanych przez AESOP , która obejmowała zakres obu polaryzacji. Również eksperyment PAMELA zaprzeczył wcześniejszemu twierdzeniu eksperymentu HEAT z anomalnymi pozytonami w zakresie od 6 GeV do 10 GeV.
Zobacz też
- AMS-02 to eksperyment fizyki wysokich energii zamontowany na zewnątrz Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, charakteryzujący się zaawansowaną identyfikacją cząstek i dużą akceptacją 0,3 m2sr. AMS-02 działa od maja 2011 roku. Do tej pory AMS zarejestrował ponad 100 miliardów naładowanych promieni kosmicznych.