ПАМЕЛА - основные задачи и реализция

[Stepa]

Важность измерения потоков антипротонов была ясна еще с начала 60-х годов прошлого века. Разработка теории Большого Взрыва показывала, что материя и антиматерия должны были создаваться практически симметрично. Знаменитое соотношение "десять миллионов плюс один протон на десять миллионов антипротонов" было получено в начале 70х годов. Тогда же были придуманы оригинальные механизмы, позволяющие некоторым островкам антиматерии продержаться период большой плотности и остаться до наших дней.

В свою очередь, прогресс ускорительной техники позволил получить некоторые важные величины, касающиеся образования антипротонов в результате взаимодействия протонов и пи-мезонов с веществом. Собственно, получили их впервые в Беркли в 1964 г., сбросив 5.4 ГэВ протонный пучок на медную мишень. Наличие импульса внутри ядра позволяет снизить порог образования антипротонов, когда как на чисто протонной мишени порог составляет 6.6 ГэВ.

В настоящее время предполагается, что все антипротоны в Галактике вторичного происхождения. Основным механизмом их появления считается взаимодействие галактических протонов с межзвездным веществом. Наша Галактика запирает частицы внутри себя магнитным полем, и не пускает частицы извне. В результате чего протоны летают по почти замкнутым траекториям, причем среднее время жизни равно около 100 000 лет.В принципе возможно появление первичных антипротонов из внегалактической области, но их энергия должна быть очень высокой. (Единицы ТэВ).

Собственно так возникает антипротонный фон. На который может быть наложен один или несколько более экзотических механизмов:

1. Испарение ЧД. - при испарении ЧД могут образовываться протон-антипротонные пары.
2. Распад гипотетических суперсимметричных частиц холодного гало (нейтралино) по протон-антипротонному каналу.
3. Если существует сверхгорячая (с температурой в несколько ГэВ) протонная плазма, она может быть источником антипротонов малых энергий.

Конечно, антипротоны также распространяются по Галактике (только в обратную сторону ), и теряются по дороге, теряют энергию при взаимодействии с межзвездной средой. Это приводит к тому, что пики "чистых" процессов, таких как распад нейтралино (реакция двухчастичная, кинематически - монохроматический пик), расплывается. При этом надо учесть, что аннигиляция антипротонов зависит от скорости как 1/v^2, и малоэнергичная область (100 МэВ - единицы Гэв) теряется сильнее, чем сильноэнергетичная.

В результате на 1 антипротон приходится 10000 протонов - по измерениям в околоземном пространстве.
Ниже мы рассмотрим экспериментальные особенности работы с антипротонами.

[polar]

Это бы с продолжением и картинками на Астронет ....

[Владей]

по-моему еще в 1998 году в одном из полетов шаттла на орбиту выводился 3-тонный магнитный спектрометр AMS аналогичного назначения, только там все было куда серьезнее и масштабнее. Что качественно нового может дать PAMELA по сравнению с AMS ? Или по сути это будет очередное уточнение статистических данных за счет большей продолжительности эксперимента?

[Stepa]

AMS - это проект, выполняемый группой Тинга (того самого, который получил Нобелевскую премию за  открытие J/psi частицы). Поскольку Тинг - ускорительщик, то и прибор, им спроектированный, напоминает более ускорительные детекторы. Там применены сверхпроводящие магниты и прочие тонкости (о них я расскажу позднее, в сравнении с ПАМЕЛой). Безусловно, их прибор выше по заявленным характеристикам, чем ПАМЕЛА - заявленная апертура в 10 раз выше (примерно), разделение изотопного состава до Z=16.

Но результаты именно в антипротонной области по большому счету не ахти. Этому есть несколько причин:
1. Не все работает так, как заявлено.
2. Прибор летал в низких геомагнитных широтах( запускался с Шаттла с наклонением 28), следовательно был закрыт магнитным полем от пика спектра.

По своим реальным характеристикам ПАМЕЛу мог бы легко "задвинуть" AMS-05, учитывыя то, что многие недоработки AMS-98 были исправлены. но авария "Колумбии" практически закрыла ему путь наверх.
У ПАМЕЛы по существу есть только один плюс, а именно - она находится на околополярной орбите, и ей доступен весь спектр космических лучей, начиная от 100-200 МэВ.
И второй - что она в космосе . Это единственный прибор такого класса с таким энергетическим диапазоном на орбите сейчас.
Что же касается данных и результатов, то, как показывает моделирование, ПАМЕЛе доступно, в принципе,  найти пик от нейтралино, если он есть. Прибор действительно способен уточнить кривую потока антипротонов.
На этой кривой слишком мало точек, чтобы можно было говорить о ее "уточнении". Некоторые точки спектра выставлены по 100 событиям.

[Владей]

ну дай-то бог, может и найдет эту нейтралину, хотя безусловно трудно отыскать черную кошку в черной комнате, особенно если ее там может и нет.

ЗЫ AMS в 98-м летала на шаттле, который летал к Миру, на наклонение 51.6, так что с геомагнитными широтами там все было не так уж и плохо.

[Stepa]

Небольшой (скоро будет большой) апдейт - ПАМЕЛА включена, по телеметрии все в порядке. Сегодня ожидается первый сброс информации.

[Владей]

Умопомрачительная презентация попалась мне среди докладов мартовского симпозиума по нейтринным телескопам.

SCIENCE OF PAMELA - 6 мегабайт чистого рулеза!

Подробно расписано устрйоство прибора, куча фотографий в разных видах: сборка,  испытания, запуск. Проверки на орбите, сколько дней работает и как.

40 цветастых слайдов про материю, антиматерию, темную материю и что с ними делать. Результаты прошлых экспериментов, границы достижимого и способы достижения.

Текущие данные с PAMEL'ы. Радиационная обстановка на орбите, пояса, южноамериканская аномалия. Солнечная физика, мощные вспышки декабря прошлого года, спектры частиц до, во время и после. Радиационные пояса из частиц высоких энергий от бомбардировки атмосферы космическими лучами высоких энергий (обнаружено впервые?),

Ко многим картинкам очень не помешал бы комментарий. Может быть аксакалы изыщут возможность написать небольшой обзор по теме ? Иллюстраций полно, добавить бы немного букав.