PAMELA — Вікіпедія

Частина циклу статей про
Космічні промені
Прискорення: Фермі · Відцентрове
Спектр: Функція Тер-Антоняна · Межа ГЗК · Космічні промені надвисоких енергій · Частинка Oh-My-God
Атмосферні зливи: Функція Гайсера–Гіласа
Обсерваторії:
PAMELA
Загальна інформація
Дата запуску15 червня 2006
Запущено зБайконур
Засіб запускуСоюз-ФГ
Тривалість місії3 роки (запланована),
понад 9 років (досягнута)
Маса470 кг
Тип орбітиквазіполярна еліптична навколоземна
Висота орбіти604 км
Орбітальний період94,02 хв
Зовнішні посилання
Інтернет-сторінкаhttp://pamela.roma2.infn.it

PAMELA (скорочення від англ. Payload for Antimatter Matter Exploration and Light-nuclei Astrophysics, корисне навантаження для дослідження речовини антиматерії та астрофізики легких ядер) — модуль дослідження космічних променів, прикріплений до навколоземного супутника «Ресурс-ДК1»[en]. PAMELA був запущений 15 червня 2006 року і став першим супутниковим експериментом, присвяченим виявленню космічних променів, з особливим акцентом на тій їх частині, що складається з антиматерії — позитронів і антипротонів. Інші цілі експерименту включали довгостроковий моніторинг сонячної модуляції космічних променів, вимірювання енергетичних частинок від Сонця, електронів від Юпітера та частинок високих енергій в магнітосфері Землі. Також сподівалися, що він зможе виявити докази анігіляції темної матерії[1]. Робота PAMELA була припинена в 2016 році[2], як і робота супутника «Ресурс-ДК1». Експеримент був експериментом CERN (RE2B)[3][4].

Розробка та запуск

[ред. | ред. код]

PAMELA була найбільшим на той час пристроєм, створеним коллаборацією Wizard, яка включала Росію, Італію, Німеччину та Швецію і вже брала участь у багатьох дослідженнях космічних променів за допомогою супутників і повітряних култ, зокрема Fermi-GLAST.

Спочатку передбачалося, що місія триватиме 3 роки, однак апарат залишався в робочому стані протягом 10 років, продовжуючи збирати дані. Апарат коштував розробникам 32 млн доларів США.

PAMELA встановлена на зверненій вгору стороні російського супутника «Ресурс-ДК1»[en][1]. Супутник був запущений ракетою «Союз» з космодрому Байконур 15 червня 2006 року і вийшов на полярну еліптичну орбіту на висоті від 350 до 610 км з кутом нахилу 70°.

Дизайн

[ред. | ред. код]

Апарат має висоту 1,3 м, загальну масу 470 кг і споживає потужність 335 Вт. Основним елементом приладу є спектрометр з постійними магнітами з кремнієвим мікросмужковим трекером. В його нижній частині знаходиться кремнієво-вольфрамовий калориметр, детектор нейтронів і сцинтилятор для розрізнення лептонів та адронів. Детектор з трьох шарів пластикових сцинтиляторів використовується для вимірювання швидкості та заряду частинки. Система сцинтиляторів, що оточують апарат, використовується для відхилення хибно позитивних результатів під час автономного аналізу[5].

Результати

[ред. | ред. код]

Попередні дані, опубліковані в серпні 2008 року, вказували на надлишок позитронів у діапазоні 10–60 ГеВ. Вважається, що це можлива ознака анігіляції темної матерії[6][7]: гіпотетичні WIMP можуть стикатися та анігілювати, утворюючи гамма-промені, частинки матерії та антиматерії. Іншим поясненням цього надлишку може бути утворення електрон-позитронних пар на пульсарах з подальшим прискоренням поблизу пульсара.

Дані за перші два роки були опубліковані в жовтні 2008 року в трьох статтях[8][9]. Позитронний надлишок був підтверджений і зберігавсяся до енергій 90 ГеВ. Якце не дивно, надлишку антипротонів виявлено не було. Це не узгоджується з передбаченнями більшості моделей джерел темної матерії, в яких надлишки позитронів і антипротонів скорельовані.

Стаття, опублікована 2011 року, підтвердила попередні припущення про те, що пояс Ван Аллена може стримувати значний потік антипротонів, утворених взаємодією верхньої атмосфери Землі з космічними променями[10]. Енергія антипротонів була виміряна в діапазоні 60-750 МеВ. Космічні промені, стикаючись з атомами у верхній атмосфері, створюють антинейтрони, які, у свою чергу, розпадаються, утворюючи антипротони. Вони були виявлені в найближчій до Землі частині поясу Ван Аллена[11]. Коли антипротон взаємодіє з нормальною частинкою, обидва анігілюють. Дані PAMELA показали, що ці події анігіляції відбувалися в тисячу разів частіше, ніж можна було б очікувати за відсутності антиматерії. Дані, які свідчили про антиматерію, були зібрані в період з липня 2006 року по грудень 2008 року[12][13].

В липні 2014 року були опубліковані вимірювання потоку бору та вуглецю[14], важливі для пояснення трендів у частці позитронів в космічному випромінюванні[15].

Підсумковий документ про роботу PAMELA був опублікований у 2017 році[2].

Джерела помилок

[ред. | ред. код]

Від 1 до 100 ГеВ PAMELA отримує в сто разів більше електронів, ніж антипротонів. При 1 ГеВ протонів у тисячу разів більше, ніж позитронів, а при 100 ГеВ — у десять тисяч разів більше. Тому для правильного визначення вмісту антиматерії критично важливо, щоб PAMELA могла відсіяти частинки звичайної матерії. Колаборація PAMELA стверджувала в «Ефективності відділення адронів від електронів електромагнітним калориметром PAMELA», що менше ніж один протон зі 100 000 здатний пройти відбір калориметра та бути помилково ідентифікованим як позитрон, коли енергія менше 200 ГеВ.

Співвідношення матерії до антиматерії в космічних променях з енергією менше 10 ГеВ, які досягають PAMELA з-за меж Сонячної системи, залежить від сонячної активності, зокрема від моменту 11-річного сонячного циклу. Команда PAMELA використала цей ефект, щоб пояснити розбіжність між своїми результатами для низьких енергій та результатами CAPRICE, HEAT і AMS-01, які були зібрані протягом половини циклу, коли сонячне магнітне поле мало протилежну полярність. Важливо відзначити, що ці результати узгоджуються з серією вимірювань позитронів та електронів, отриманих за допомогою AESOP, яка охоплює обидві полярності. Крім того, експеримент PAMELA суперечить попереднім заявам експерименту HEAT про позитронну аномалію в діапазоні від 6 до 10 ГеВ.

Примітки

[ред. | ред. код]
  1. ↑ а б Vincenzo Buttaro (ред.). The Space Mission PAMELA. Архів оригіналу за 31 грудня 2012. Процитовано 4 вересня 2009.
  2. ↑ а б Adriani, O та ін. (2018). Ten Years of PAMELA in Space. Rivista del Nuovo Cimento. 10 (2017): 473—522. arXiv:1801.10310. Bibcode:2018arXiv180110310A. doi:10.1393/ncr/i2017-10140-x.
  3. ↑ Recognized Experiments at CERN. The CERN Scientific Committees. CERN. Архів оригіналу за 13 червня 2019. Процитовано 20 січня 2020.
  4. ↑ RE2B/PAMELA : A Payload for Antimatter Matter Exploration and Light-nuclei Astrophysics. CERN. Процитовано 20 січня 2020.
  5. ↑ Casolino, M та ін. (2008). Launch of the Space experiment PAMELA. Advances in Space Research. 42 (3): 455—466. arXiv:0708.1808. Bibcode:2008AdSpR..42..455C. doi:10.1016/j.asr.2007.07.023.
  6. ↑ Brumfiel, Geoff (14 серпня 2008). Physicists await dark-matter confirmation. Nature. 454 (7206): 808—809. doi:10.1038/454808b. PMID 18704050.
  7. ↑ Cholis, Ilias; Finkbeiner, Douglas P; Goodenough, Lisa; Weiner, Neal (2009). The PAMELA Positron Excess from Annihilations into a Light Boson. Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. 2009 (12): 007. arXiv:0810.5344. Bibcode:2009JCAP...12..007C. doi:10.1088/1475-7516/2009/12/007.
  8. ↑ Casolino, M та ін. (2008). Two years of flight of the Pamela experiment: Results and perspectives. Journal of the Physical Society of Japan. 78: 35—40. arXiv:0810.4980. Bibcode:2009JPSJ...78S..35C. doi:10.1143/JPSJS.78SA.35.
  9. ↑ Adriani, O та ін. (2009). Observation of an anomalous positron abundance in the cosmic radiation. Nature. 458 (7238): 607—609. arXiv:0810.4995. Bibcode:2009Natur.458..607A. doi:10.1038/nature07942. PMID 19340076.
  10. ↑ Adriani, O. та ін. (2011). The Discovery of Geomagnetically Trapped Cosmic-Ray Antiprotons. The Astrophysical Journal Letters. 737 (2): L29. arXiv:1107.4882. Bibcode:2011ApJ...737L..29A. doi:10.1088/2041-8205/737/2/L29.
  11. ↑ Than, Ker (10 серпня 2011). Antimatter Found Orbiting Earth—A First. National Geographic Society. Процитовано 12 серпня 2011.
  12. ↑ Cowen, Ron (9 серпня 2011). Antimatter Belt Found Circling Earth. Science. Архів оригіналу за 24 October 2011. Процитовано 12 серпня 2011.
  13. ↑ Chung, Emily (8 серпня 2011). Antimatter belt surrounds Earth. CBC News. Процитовано 12 серпня 2011.
  14. ↑ Adriani, O та ін. (31 липня 2014). Measurement of Boron and Carbon Fluxes in Cosmic Rays with the Pamela Experiment. Astrophysical Journal. 791 (2): 93. arXiv:1407.1657. Bibcode:2014ApJ...791...93A. doi:10.1088/0004-637X/791/2/93.
  15. ↑ Cholis, Ilias; Hooper, Dan (24 лютого 2014). Constraining the origin of the rising cosmic ray positron fraction with the boron-to-carbon ratio. Physical Review D. 89 (4): 043013. arXiv:1312.2952. Bibcode:2014PhRvD..89d3013C. doi:10.1103/PhysRevD.89.043013.

Посилання

[ред. | ред. код]
Отримано з https://uk.wikipedia.org/w/index.php?title=PAMELA&oldid=42017340