Detector PAMELA - PAMELA detector

PAMELA
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PAMELAonResurs-DK.jpg
Organização Grupo PAMELA
Tipo de Missão Raio cósmico
Satélite Host Resurs DK1
Lançar 15 de junho de 2006
Veículo de lançamento Soyuz-FG
Local de lançamento Baikonur Cosmodrome
Duração da missão 3 anos (planejado), mais de 9 anos alcançados
Fim da missão 7 de fevereiro de 2016
Massa 470 kg
comprimento máximo 1300 mm
Consumo de energia 335 watts
Página da Internet PAMELA homepage
Elementos orbitais (Resurs DK1)
Inclinação 70 graus
Órbita elíptico quase polar
Altitude mínima 360 km
Altitude máxima 604 km
Período 94,02 min

PAMELA ( Carga útil para exploração de matéria de antimatéria e astrofísica de núcleos de luz ) era um módulo de pesquisa de raios cósmicos anexado a um satélite em órbita terrestre. PAMELA foi lançado em 15 de junho de 2006 e foi o primeiro experimento baseado em satélite dedicado à detecção de raios cósmicos , com foco particular em seu componente de antimatéria , na forma de pósitrons e antiprótons . Outros objetivos incluíam o monitoramento de longo prazo da modulação solar dos raios cósmicos, medições de partículas energéticas do Sol , partículas de alta energia na magnetosfera terrestre e elétrons de Júpiter . Também se esperava que ele pudesse detectar evidências de aniquilação de matéria escura . As operações da PAMELA foram encerradas em 2016, assim como as operações do satélite host Resurs-DK1 . A experiência foi uma experiência reconhecida do CERN (RE2B).

Desenvolvimento e lançamento

PAMELA foi o maior dispositivo até o momento construído pela colaboração Wizard, que inclui Rússia, Itália, Alemanha e Suécia e esteve envolvida em muitos experimentos de raios cósmicos baseados em balões e satélites, como Fermi-GLAST . O instrumento de 470 kg, US $ 32 milhões (EU € 24,8 milhões, UK £ 16,8 milhões) foi originalmente projetado para ter uma missão de três anos. No entanto, este módulo durável permaneceu operacional e fez contribuições científicas significativas até 2016.

O PAMELA é montado no lado voltado para cima do satélite russo Resurs-DK1 . Foi lançado por um foguete Soyuz do Cosmódromo de Baikonur em 15 de junho de 2006. O PAMELA foi colocado em uma órbita elíptica polar a uma altitude entre 350 e 610 km, com uma inclinação de 70 °.

Projeto

O aparelho tem 1,3 m de altura, massa total de 470 kg e consumo de energia de 335 W. O instrumento é construído em torno de um espectrômetro de ímã permanente com um rastreador de microfita de silício que fornece rigidez e informações dE / dx. Em sua parte inferior, há um calorímetro de silício-tungstênio, um detector de nêutrons e um cintilador de cauda de chuveiro para realizar a discriminação de leptões / hádrons. Um Time of Flight (ToF), feito de três camadas de cintiladores plásticos, é usado para medir a velocidade e a carga da partícula. Um sistema anticontador feito de cintiladores ao redor do aparelho é usado para rejeitar disparadores falsos e partículas de albedo durante análises off-line.

Sensibilidade
Partícula Gama de energia
Fluxo de antipróton 80 MeV - 190 GeV
Fluxo de pósitrons 50 MeV - 270 GeV
Fluxo de elétrons até 400 GeV
Fluxo de prótons até 700 GeV
Fluxo de elétron / pósitron até 2 TeV
Núcleos leves (até Z = 6) até 200 GeV / n
Isótopos leves (D, 3He) até 1 GeV / n
Pesquisa de antinúcleos sensibilidade melhor que 10 -7 antiHe / He

Resultados

Dados preliminares (divulgados em agosto de 2008, ICHEP Philadelphia) indicam um excesso de pósitrons na faixa de 10–60 GeV. Isso é considerado um possível sinal de aniquilação da matéria escura : WIMPs hipotéticos colidindo e aniquilando uns aos outros para formar raios gama, partículas de matéria e antimatéria. Outra explicação considerada para a indicação mencionada acima é a produção de pares elétron-pósitron em pulsares com subsequente aceleração nas proximidades do pulsar.

Os primeiros dois anos de dados foram divulgados em outubro de 2008 em três publicações. O excesso de pósitrons foi confirmado e persistiu até 90 GeV. Surpreendentemente, nenhum excesso de antiprótons foi encontrado. Isso é inconsistente com as previsões da maioria dos modelos de fontes de matéria escura, nos quais os excessos de pósitrons e antiprótons estão correlacionados.

Um artigo, publicado em 15 de julho de 2011, confirmou especulações anteriores de que o cinturão de Van Allen poderia confinar um fluxo significativo de antiprótons produzidos pela interação da atmosfera superior da Terra com os raios cósmicos . A energia dos antiprótons foi medida na faixa de 60–750 MeV. Os raios cósmicos colidem com átomos na atmosfera superior criando antinêutrons , que por sua vez se decompõem para produzir os antiprótons. Eles foram descobertos em uma parte do cinturão de Van Allen mais próxima da Terra. Quando um antipróton interage com uma partícula normal, ambos são aniquilados. Dados da PAMELA indicaram que esses eventos de aniquilação ocorreram mil vezes mais frequentemente do que seria esperado na ausência de antimatéria . Os dados que continham evidências de antimatéria foram coletados entre julho de 2006 e dezembro de 2008.

As medições do fluxo de boro e carbono foram publicadas em julho de 2014, importantes para explicar as tendências na fração de pósitrons dos raios cósmicos.

O documento resumo das operações da PAMELA foi publicado em 2017.

Fontes de erro

Entre 1 e 100 GeV, PAMELA é exposta a cem vezes mais elétrons do que antiprótons. A 1 GeV há mil vezes mais prótons que pósitrons e a 100 GeV dez mil vezes mais. Portanto, para determinar corretamente as abundâncias de antimatéria, é fundamental que a PAMELA seja capaz de rejeitar o fundo da matéria. A colaboração PAMELA afirmou em "O desempenho de separação de elétron hádron do calorímetro eletromagnético PAMELA" que menos de um próton em 100.000 é capaz de passar na seleção do calorímetro e ser identificado erroneamente como um pósitron quando a energia é inferior a 200 GeV.

A proporção de matéria para antimatéria em raios cósmicos de energia inferior a 10 GeV que atingem PAMELA de fora do sistema solar depende da atividade solar e, em particular, do ponto no ciclo solar de 11 anos . A equipe PAMELA invocou este efeito para explicar a discrepância entre seus resultados de baixa energia e aqueles obtidos por CAPRICE , HEAT e AMS-01 , que foram coletados durante aquela metade do ciclo em que o campo magnético solar tinha a polaridade oposta. É importante notar que esses resultados são consistentes com a série de medições de pósitrons / elétrons obtidas por AESOP , que abrangeu as duas polaridades. Além disso, o experimento PAMELA contradisse uma afirmação anterior do experimento HEAT de pósitrons anômalos na faixa de 6 GeV a 10 GeV.

Veja também

  • AMS-02 é um experimento de física de alta energia montado no exterior da Estação Espacial Internacional com identificação avançada de partículas e grande aceitação de 0.3m2sr. O AMS-02 está em operação desde maio de 2011. Mais de 100 bilhões de eventos de raios cósmicos carregados foram registrados pelo AMS até agora.

Referências

links externos