Detector PAMELA
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Para otros usos, consulte PAMELA (desambiguación) .

PAMELA
PamLogo A1blu3.png
PAMELAonResurs-DK.jpg
OrganizaciónGrupo PAMELA
Tipo de misiónRayo cósmico
Satélite anfitriónResurs DK1
Lanzamiento15 de junio de 2006
Vehículo de lanzamientoSoyuz-FG
Sitio de lanzamientoCosmódromo de Baikonur
Duración de la misión3 años (planeados), más de 9 años logrados
Fin de la misión7 de febrero de 2016
Masa470 kilogramos
longitud máxima1300 milímetros
El consumo de energía335 vatios
Página webPágina de inicio de PAMELA
Elementos orbitales (Resurs DK1)
Inclinación70 grados
Orbitaelíptica cuasipolar
Altitud mínima360 kilometros
Altitud máxima604 kilometros
Período94.02 min

PAMELA ( Carga útil para exploración de materia de antimateria y astrofísica de núcleos de luz ) era un módulo de investigación de rayos cósmicos adjunto a un satélite en órbita terrestre. PAMELA fue lanzado el 15 de junio de 2006 y fue el primer experimento basado en satélites dedicado a la detección de rayos cósmicos , con un enfoque particular en su componente antimateria , en forma de positrones y antiprotones . Otros objetivos incluyeron el monitoreo a largo plazo de la modulación solar de los rayos cósmicos, mediciones de partículas energéticas del Sol , partículas de alta energía en la magnetosfera de la Tierra yElectrones jovianos . También se esperaba que pudiera detectar evidencia de aniquilación de materia oscura . [1] Las operaciones de PAMELA terminaron en 2016, [2] al igual que las operaciones del satélite anfitrión Resurs-DK1 . El experimento fue un experimento CERN reconocido (RE2B). [3] [4]

Desarrollo y lanzamiento

PAMELA fue el dispositivo más grande hasta el momento construido por la colaboración Wizard, que incluye a Rusia, Italia, Alemania y Suecia y ha estado involucrado en muchos experimentos de rayos cósmicos basados ​​en satélites y globos, como Fermi-GLAST . El instrumento de 470 kg y 32 millones de dólares (24,8 millones de euros de la UE, 16,8 millones de libras esterlinas del Reino Unido) se proyectó originalmente para una misión de tres años. Sin embargo, este módulo duradero se mantuvo operativo y realizó importantes contribuciones científicas hasta 2016.

PAMELA está montado en el lado que mira hacia arriba del satélite ruso Resurs-DK1 . [1] Fue lanzado por un cohete Soyuz desde el cosmódromo de Baikonur el 15 de junio de 2006. PAMELA se ha puesto en una órbita elíptica polar a una altitud entre 350 y 610 km, con una inclinación de 70 °.

Diseño

El aparato mide 1,3 m de altura, tiene una masa total de 470 kg y un consumo de energía de 335 W. El instrumento está construido alrededor de un espectrómetro de imán permanente con un rastreador de microbandas de silicio que proporciona rigidez e información dE / dx. En la parte inferior hay un calorímetro de imágenes de silicio-tungsteno, un detector de neutrones y un centelleador de cola de ducha para realizar la discriminación de leptones / hadrones. Un tiempo de vuelo (ToF), hecho de tres capas de centelleadores de plástico, se utiliza para medir la velocidad y la carga de la partícula. Se utiliza un sistema anti-contador hecho de centelleadores que rodean el aparato para rechazar falsos disparadores y partículas de albedo durante el análisis fuera de línea. [5]

Sensibilidad [1]
PartículaRango de energía
Flujo antiprotón80 MeV - 190 GeV
Flujo de positrones50 MeV - 270 GeV
Flujo de electroneshasta 400 GeV
Flujo de protoneshasta 700 GeV
Flujo de electrones / positroneshasta 2 TeV
Núcleos ligeros (hasta Z = 6)hasta 200 GeV / n
Isótopos ligeros (D, 3He)hasta 1 GeV / n
Búsqueda de antinúcleossensibilidad mejor que 10 −7 antiHe / He

Resultados

Los datos preliminares (publicados en agosto de 2008, ICHEP Filadelfia) indican un exceso de positrones en el rango de 10 a 60 GeV. Se cree que esto es un posible signo de aniquilación de la materia oscura : [6] [7] hipotéticos WIMP que chocan y se aniquilan entre sí para formar rayos gamma, materia y partículas de antimateria. Otra explicación considerada para la indicación mencionada anteriormente es la producción de pares de electrones y positrones en púlsares con aceleración posterior en las proximidades del púlsar.

Los primeros dos años de datos se publicaron en octubre de 2008 en tres publicaciones. [8] [9] Se confirmó el exceso de positrones y se encontró que persistía hasta 90 GeV. Sorprendentemente, no se encontró exceso de antiprotones. Esto es incompatible con las predicciones de la mayoría de los modelos de fuentes de materia oscura, en los que los excesos de positrones y antiprotones están correlacionados.

Un artículo, publicado el 15 de julio de 2011, confirmó especulaciones anteriores de que el cinturón de Van Allen podría confinar un flujo significativo de antiprotones producido por la interacción de la atmósfera superior de la Tierra con los rayos cósmicos . [10] La energía de los antiprotones se ha medido en el rango de 60 a 750 MeV. Los rayos cósmicos chocan con los átomos de la atmósfera superior creando antineutrones , que a su vez se descomponen para producir los antiprotones. Fueron descubiertos en una parte del cinturón de Van Allen más cercana a la Tierra. [11] Cuando un antiprotón interactúa con una partícula normal, ambos son aniquilados. Los datos de PAMELA indicaron que estos aniquilamientoslos eventos ocurrieron mil veces más a menudo de lo que se esperaría en ausencia de antimateria . Los datos que contenían pruebas de antimateria se recopilaron entre julio de 2006 y diciembre de 2008. [12] [13]

Las mediciones de flujo de boro y carbono se publicaron en julio de 2014, [14] importantes para explicar las tendencias en la fracción de positrones de rayos cósmicos. [15]

El documento resumen de las operaciones de PAMELA fue publicado en 2017 [2].

Fuentes de error

Entre 1 y 100 GeV, PAMELA está expuesta a cien veces más electrones que antiprotones. A 1 GeV hay mil veces más protones que positrones y a 100 GeV diez mil veces más. Por lo tanto, para determinar correctamente las abundancias de antimateria, es fundamental que PAMELA sea capaz de rechazar el fondo de la materia. La colaboración de PAMELA afirmó en "El rendimiento de separación de hadrones de electrones del calorímetro electromagnético PAMELA" que menos de un protón de cada 100.000 puede pasar la selección del calorímetro y ser identificado erróneamente como un positrón cuando la energía es inferior a 200 GeV.

La relación de materia a antimateria en los rayos cósmicos de energía inferior a 10 GeV que llegan a PAMELA desde fuera del sistema solar depende de la actividad solar y, en particular, del punto del ciclo solar de 11 años . El equipo de PAMELA ha invocado este efecto para explicar la discrepancia entre sus resultados de baja energía y los obtenidos por CAPRICE , HEAT y AMS-01 , que fueron recolectados durante esa mitad del ciclo cuando el campo magnético solar tenía la polaridad opuesta. Es importante señalar que estos resultados son consistentes con la serie de mediciones de positrones / electrones obtenidas por AESOP., que ha abarcado cobertura en ambas polaridades. Además, el experimento PAMELA ha contradicho una afirmación anterior del experimento HEAT de positrones anómalos en el rango de 6 GeV a 10 GeV.

Ver también

  • AMS-02 es un experimento de física de alta energía montado en el exterior de la Estación Espacial Internacional con identificación avanzada de partículas y gran aceptación de 0.3m2sr. AMS-02 ha estado en funcionamiento desde mayo de 2011. Hasta ahora, AMS ha registrado más de 100 mil millones de eventos de rayos cósmicos cargados.

Referencias

  1. ^ a b c Vincenzo Buttaro (ed.). "La Misión Espacial PAMELA" . Consultado el 4 de septiembre de 2009 .
  2. ^ a b Adriani, O; et al. (Colaboración PAMELA) (2018). "Diez años de PAMELA en el espacio". Rivista del Nuovo Cimento . 10 (2017): 473–522. arXiv : 1801.10310 . Código Bib : 2018arXiv180110310A . doi : 10.1393 / ncr / i2017-10140-x . S2CID 119078426 . 
  3. ^ "Experimentos reconocidos en el CERN" . Los Comités Científicos del CERN . CERN . Consultado el 20 de enero de 2020 .
  4. ^ "RE2B / PAMELA: una carga útil para la exploración de materia de antimateria y la astrofísica de núcleos de luz" . CERN . Consultado el 20 de enero de 2020 .
  5. ^ Casolino, M; et al. (2008). "Lanzamiento del experimento espacial PAMELA". Avances en la investigación espacial . 42 (3): 455–466. arXiv : 0708.1808 . Código bibliográfico : 2008AdSpR..42..455C . doi : 10.1016 / j.asr.2007.07.023 . S2CID 119608020 . 
  6. ^ Brumfiel, Geoff (14 de agosto de 2008). "Los físicos esperan la confirmación de la materia oscura" . Naturaleza . 454 (7206): 808–809. doi : 10.1038 / 454808b . PMID 18704050 . 
  7. ^ Cholis, Ilias; Finkbeiner, Douglas P; Goodenough, Lisa; Weiner, Neal (2009). "El exceso de positrones de PAMELA de aniquilaciones en un bosón ligero". Revista de cosmología y física de astropartículas . 2009 (12): 007. arXiv : 0810.5344 . Código Bibliográfico : 2009JCAP ... 12..007C . doi : 10.1088 / 1475-7516 / 2009/12/007 . S2CID 73574983 . 
  8. ^ Casolino, M; et al. (2008). "Dos años de vuelo del experimento Pamela: Resultados y perspectivas". Revista de la Sociedad de Física de Japón . 78 : 35–40. arXiv : 0810.4980 . Código bibliográfico : 2009JPSJ ... 78S..35C . doi : 10.1143 / JPSJS.78SA.35 . S2CID 119187767 . 
  9. ^ Adriani, O; et al. (2009). "Observación de una abundancia anómala de positrones en la radiación cósmica". Naturaleza . 458 (7238): 607–609. arXiv : 0810.4995 . Código bibliográfico : 2009Natur.458..607A . doi : 10.1038 / nature07942 . PMID 19340076 . S2CID 11675154 .  
  10. ↑ Adriani, O .; et al. (2011). "El descubrimiento de antiprotones de rayos cósmicos atrapados geomagnéticamente". Las cartas de la revista astrofísica . 737 (2): L29. arXiv : 1107.4882 . Código bibliográfico : 2011ApJ ... 737L..29A . doi : 10.1088 / 2041-8205 / 737/2 / L29 .
  11. ^ Than, Ker (10 de agosto de 2011). "Antimateria encontrada orbitando la Tierra: una primera vez" . Sociedad Geográfica Nacional . Consultado el 12 de agosto de 2011 .
  12. ^ Cowen, Ron (9 de agosto de 2011). "Cinturón de antimateria encontrado dando vueltas a la tierra" . Ciencia . Archivado desde el original el 24 de octubre de 2011 . Consultado el 12 de agosto de 2011 .
  13. ^ Chung, Emily (8 de agosto de 2011). "El cinturón de antimateria rodea la Tierra" . CBC News . Consultado el 12 de agosto de 2011 .
  14. ^ Adriani, O; et al. (31 de julio de 2014). "Medición de los flujos de boro y carbono en rayos cósmicos con el experimento Pamela". Revista astrofísica . 791 (2): 93. arXiv : 1407.1657 . Código bibliográfico : 2014ApJ ... 791 ... 93A . doi : 10.1088 / 0004-637X / 791/2/93 . S2CID 53002540 . 
  15. ^ Cholis, Ilias; Hooper, Dan (24 de febrero de 2014). "Restringir el origen de la fracción de positrones de rayos cósmicos ascendente con la relación de boro a carbono". Physical Review D . 89 (4): 043013. arXiv : 1312.2952 . Código bibliográfico : 2014PhRvD..89d3013C . doi : 10.1103 / PhysRevD.89.043013 . S2CID 96470471 . 

enlaces externos

  • Página de inicio antigua del experimento PAMELA
  • Página de inicio del experimento PAMELA
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