Детектор ПАМЕЛА - PAMELA detector

Для использования в других целях см. ПАМЕЛА (значения).

ПАМЕЛА
PamLogo A1blu3.png
ПАМЕЛАonResurs-DK.jpg
ОрганизацияПАМЕЛА группа
Тип миссииКосмический луч
Хост-спутникРесурс ДК1
Запуск15 июня 2006 г.
Ракета-носительСоюз-ФГ
Запустить сайтКосмодром Байконур
Продолжительность миссии3 года (запланировано), выполнено более 9 лет
Конец миссии7 февраля 2016 г.
Масса470 кг
максимальная длина1300 мм
Потребляемая мощность335 Вт
Веб-страницаПАМЕЛА домашняя страница
Орбитальные элементы (Ресурс ДК1)
Наклон70 градусов
Орбитаквазиполярный эллиптический
Мин. Высота366 км
Максимальная высота604 км
Период94,02 мин.

ПАМЕЛА (Полезная нагрузка для исследования антивещества и астрофизики легких ядер) был космический луч исследовательский модуль, прикрепленный к спутнику на околоземной орбите. ПАМЕЛА был запущен 15 июня 2006 г. и был первым спутниковое -эксперимент по обнаружению космические лучи, уделяя особое внимание их антивещество компонент, в виде позитроны и антипротоны. Другие цели включали долгосрочный мониторинг солнечной модуляции космических лучей, измерения энергичных частиц от солнце, частицы высоких энергий в земных магнитосфера и Джовиан электроны. Также была надежда, что он сможет обнаружить доказательства темная материя аннигиляция.[1] Деятельность PAMELA была прекращена в 2016 году,[2] как и операции хоста-спутника Ресурс-ДК1. Эксперимент получил признание ЦЕРН эксперимент (RE2B).[3][4]

Разработка и запуск

ПАМЕЛА был самым большим устройством на тот момент, созданным коллаборацией Wizard, в которую входят Россия, Италия, Германия и Швеция, и участвовал во многих экспериментах с космическими лучами на спутниках и воздушных шарах, таких как Ферми-ГЛАСТ. Изначально предполагалось, что прибор на 470 кг и 32 миллиона долларов США (24,8 миллиона евро, 16,8 миллиона фунтов стерлингов) рассчитан на трехлетний срок эксплуатации. Однако этот прочный модуль продолжал работать и вносил значительный научный вклад до 2016 года.

ПАМЕЛА устанавливается на обращенной вверх стороне Ресурс-ДК1 Русский спутник.[1] Он был запущен Союз ракета из Космодром Байконур 15 июня 2006 г. ПАМЕЛА выведен на полярную эллиптическую орбиту на высоте от 350 до 610 км с наклонением 70 °.

дизайн

Аппарат имеет высоту 1,3 м, общую массу 470 кг и потребляемую мощность 335 Вт. Прибор построен на основе спектрометра на постоянных магнитах с кремниевым микрополосковым трекером, который обеспечивает информацию о жесткости и dE / dx. В его нижней части находится кремний-вольфрамовый калориметр изображения, детектор нейтронов и сцинтиллятор ливневого хвоста для выполнения дискриминации лептон / адрон. Time of Flight (ToF), состоящий из трех слоев пластиковых сцинтилляторов, используется для измерения скорости и заряда частицы. Система антисчетчика, состоящая из сцинтилляторов, окружающих устройство, используется для отбрасывания ложных срабатываний и частиц альбедо во время автономного анализа.[5]

Чувствительность[1]
ЧастицыЭнергетический диапазон
Антипротонный поток80 МэВ - 190 ГэВ
Позитронный поток50 МэВ - 270 ГэВ
Электронный потокдо 400 ГэВ
Поток протоновдо 700 ГэВ
Электронный / позитронный потокдо 2 ТэВ
Легкие ядра (до Z = 6)до 200 ГэВ / н
Легкие изотопы (D, 3He)до 1 ГэВ / н
Поиск антиядерчувствительность лучше 10−7 antiHe / He

Результаты

Предварительные данные (опубликованные в августе 2008 г., ICHEP Philadelphia) указывают на избыток позитронов в диапазоне 10–60 ГэВ. Считается, что это возможный признак темная материя аннигиляция:[6][7]гипотетический WIMPs сталкиваются и аннигилируют друг с другом, образуя гамма-лучи, частицы вещества и антивещества. Другое объяснение упомянутого выше признака - это образование электрон-позитронных пар на пульсарах с последующим ускорением в окрестности пульсара.

Данные за первые два года были опубликованы в октябре 2008 года в трех публикациях.[8][9] Был подтвержден избыток позитронов, который сохраняется до 90 ГэВ. Удивительно, но избытка антипротонов обнаружено не было. Это несовместимо с предсказаниями большинства моделей источников темной материи, в которых излишки позитронов и антипротонов коррелированы.

В документе, опубликованном 15 июля 2011 г., были подтверждены ранее высказанные предположения о том, что Ремень Van Allen может ограничить значительный поток антипротоны создается взаимодействием верхней атмосферы Земли с космические лучи.[10] Энергия антипротонов измерена в диапазоне 60–750 МэВ. Космические лучи сталкиваются с атомами в верхних слоях атмосферы, создавая антинейтроны, которые, в свою очередь, распадаются с образованием антипротонов. Они были обнаружены в ближайшей к Земле части пояса Ван Аллена.[11] Когда антипротон взаимодействует с нормальной частицей, оба аннигилируют. Данные PAMELA показали, что эти уничтожение события происходили в тысячу раз чаще, чем можно было бы ожидать в отсутствие антивещество. Данные, содержащие свидетельства существования антивещества, были собраны в период с июля 2006 г. по декабрь 2008 г.[12][13]

Измерения потоков бора и углерода были опубликованы в июле 2014 г.[14] важно для объяснения тенденций изменения доли позитронов в космических лучах.[15]

Сводный документ о деятельности PAMELA был опубликован в 2017 году.[2]

Источники ошибки

От 1 до 100 ГэВ, ПАМЕЛА подвергается действию в сто раз большего количества электронов, чем антипротонов. При 1 ГэВ протонов в тысячу раз больше, чем позитронов, а при 100 ГэВ в десять тысяч раз больше. Следовательно, для правильного определения содержания антивещества критически важно, чтобы PAMELA могла отклонить материальный фон. Сотрудничество PAMELA заявлено в «Характеристики электронного адронного разделения электромагнитного калориметра ПАМЕЛА» что менее одного протона из 100000 может пройти через калориметр селекции и ошибочно идентифицироваться как позитрон, когда энергия меньше 200 ГэВ.

Отношение вещества к антивеществу в космических лучах с энергией менее 10 ГэВ, которые достигают ПАМЕЛА из-за пределов Солнечная система зависит от солнечной активности и, в частности, от точки 11 года солнечный цикл. В ПАМЕЛА команда обратилась к этому эффекту, чтобы объяснить несоответствие между их низкоэнергетическими результатами и результатами, полученными КАПРИС, ВЫСОКАЯ ТЕМПЕРАТУРА и АМС-01, которые были собраны в течение той половины цикла, когда солнечное магнитное поле имел противоположную полярность. Важно отметить, что эти результаты согласуются с серией позитронно-электронных измерений, полученной ЭЗОП, который охватил обе полярности. Так же ПАМЕЛА эксперимент противоречит более раннему утверждению ВЫСОКАЯ ТЕМПЕРАТУРА эксперимент с аномальными позитронами в диапазоне от 6 ГэВ до 10 ГэВ.

Смотрите также

  • AMS-02 это эксперимент по физике высоких энергий, установленный снаружи Международная космическая станция с улучшенной идентификацией частиц и большой приемкой 0,3 м2. AMS-02 находится в эксплуатации с мая 2011 года. На данный момент AMS зарегистрировало более 100 миллиардов событий, связанных с заряженными космическими лучами.

использованная литература

  1. ^ а б c Винченцо Буттаро (ред.). "Космическая миссия ПАМЕЛА". Получено 4 сентября 2009.
  2. ^ а б Адриани, О; и другие. (Сотрудничество PAMELA) (2018). «Десять лет ПАМЕЛА в космосе». Ривиста дель Нуово Чименто. 10 (2017): 473–522. arXiv:1801.10310. Bibcode:2018arXiv180110310A. Дои:10.1393 / NCR / i2017-10140-x.
  3. ^ «Признанные эксперименты в ЦЕРНе». Научные комитеты ЦЕРН. ЦЕРН. Получено 20 января 2020.
  4. ^ "RE2B / PAMELA: полезная нагрузка для исследования антивещества и астрофизики легких ядер". ЦЕРН. Получено 20 января 2020.
  5. ^ Казолино, М; и другие. (2008). «Старт космического эксперимента ПАМЕЛА». Успехи в космических исследованиях. 42 (3): 455–466. arXiv:0708.1808. Bibcode:2008AdSpR..42..455C. Дои:10.1016 / j.asr.2007.07.023.
  6. ^ Брамфил, Джефф (14 августа 2008 г.). «Физики ждут подтверждения темной материи». Природа. 454 (7206): 808–809. Дои:10.1038 / 454808b. PMID  18704050.
  7. ^ Чолис, Илиас; Финкбайнер, Дуглас П.; Гуденаф, Лиза; Вайнер, Нил (2009). "Избыток позитронов ПАМЕЛА от аннигиляций в легкий бозон". Журнал космологии и физики астрономических частиц. 2009 (12): 007. arXiv:0810.5344. Bibcode:2009JCAP ... 12..007C. Дои:10.1088/1475-7516/2009/12/007.
  8. ^ Казолино, М; и другие. (2008). «Два года полета эксперимента Памела: итоги и перспективы». Журнал Физического общества Японии. 78: 35–40. arXiv:0810.4980. Bibcode:2009JPSJ ... 78S..35C. Дои:10.1143 / JPSJS.78SA.35.
  9. ^ Адриани, О; и другие. (2009). «Наблюдение аномального содержания позитронов в космическом излучении». Природа. 458 (7238): 607–609. arXiv:0810.4995. Bibcode:2009Натура.458..607A. Дои:10.1038 / природа07942. PMID  19340076.
  10. ^ Adriani, O .; и другие. (2011). «Открытие геомагнитно захваченных антипротонов космических лучей». Письма в астрофизический журнал. 737 (2): L29. arXiv:1107.4882. Bibcode:2011ApJ ... 737L..29A. Дои:10.1088 / 2041-8205 / 737/2 / L29.
  11. ^ Тан, Кер (10 августа 2011 г.). "Антивещество на орбите Земли - первое". Национальное географическое общество. Получено 12 августа 2011.
  12. ^ Коуэн, Рон (9 августа 2011 г.). "Пояс антивещества найден вокруг Земли". Наука. Архивировано из оригинал 24 октября 2011 г.. Получено 12 августа 2011.
  13. ^ Чанг, Эмили (8 августа 2011 г.). «Пояс антивещества окружает Землю». CBC Новости. Получено 12 августа 2011.
  14. ^ Адриани, О; и другие. (31 июля 2014 г.). «ИЗМЕРЕНИЕ ПОТОКОВ БОРА И УГЛЕРОДА В КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧАХ НА ЭКСПЕРИМЕНТЕ PAMELA». Астрофизический журнал. 791 (2): 93. arXiv:1407.1657. Bibcode:2014ApJ ... 791 ... 93A. Дои:10.1088 / 0004-637X / 791/2/93.
  15. ^ Чолис, Илиас; Хупер, Дэн (24 февраля 2014 г.). «Ограничение происхождения восходящей фракции позитронов космических лучей с отношением бора к углероду». Phys Rev D. 89 (4): 043013. arXiv:1312.2952. Bibcode:2014ПхРвД..89д3013С. Дои:10.1103 / PhysRevD.89.043013.

внешние ссылки