Эксперимент «ПАМЕЛА» (проект РИМ-ПАМЕЛА) А.М. Гальпер 26.12.2008 АВЭ-2008. - презентация

1 Эксперимент «ПАМЕЛА» (проект РИМ-ПАМЕЛА) А.М. Гальпер АВЭ-2008

2 BariFlorenceFrascati Italy: TriesteNaplesRome CNR, Florence St. Petersburg Russia: Germany: Siegen Sweden: KTH, Stockholm Коллаборация ПАМЕЛА Moscow

3 Научные задачи проекта «РИМ-ПАМЕЛА» Поиск антивещества Поиск антивещества Изучение природы темной материи Изучение природы темной материи Изучение процессов генерации и распространения высокоэнергичного галактического космического излучения Изучение процессов генерации и распространения высокоэнергичного галактического космического излучения Изучение процессов генерации солнечных космических лучей и солнечной модуляции. Изучение процессов генерации солнечных космических лучей и солнечной модуляции. Исследование околоземного космического пространства Исследование околоземного космического пространства Изучение спектров электронов сверхвысокой энергии (поиск локальных источников КЛ) Изучение спектров электронов сверхвысокой энергии (поиск локальных источников КЛ)

4 Измерение: времени пролета (β); отклонения в магнитном поле; энергетических потерь во всех детекторах; числа нейтронов. Определение: типа частицы (лептон/адрон); заряда частицы (±Z); массы частицы (A); жесткости и энергии (R and E); направление прилета; Физическая схема магнитного спектрометра «ПАМЕЛА» МАГНИТНЫЙ СПЕКТРОМЕТР ПАМЕЛА 1, 3, 7- СЦИНТИЛЛЯЦИОННАЯ ВРЕМЯПРОЛЕТНАЯ СИСТЕМА; 2, 4- СЦИНТИЛЛЯЦИОННАЯ ОХРАННАЯ СИСТЕМА; 5- ПОЛУПРОВОДНИКОВАЯ СТРИПОВАЯ КООРДИНАТНАЯ СИСТЕМА (ШЕСТЬ ДВОЙНЫХ СЛОЕВ); 6- МАГНИТНАЯ СИСТЕМА (ПЯТЬ СЕКЦИЙ); 8- ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ СТРИПОВЫЙ ПОЗИЦИОННО- ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ КАЛОРИМЕТР; 9- СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЙ ЛИВНЕВОЙ ДЕТЕКТОР; 10- НЕЙТРОННЫЙ ДЕТЕКТОР; 11- ГЕРМОКОНТЕЙНЕР.

5 Характеристики магнитного спектрометра ПАМЕЛА

6 Общий вид спектрометра ПАМЕЛА

7 Запуск Ресурс-ДК 1 15/06/06

8 Параметры рабочей орбиты: - наклонение орбиты, град 70 - минимальная высота орбиты, км максимальная высота орбиты, км 604 Срок активного существования 3 года Масса полностью собранного и заправленного КА, кг не более 6550 Максимальная длина КА, мм 7930 Максимальный диаметр КА, мм 2720 Площадь солнечной батареи, м 2 36 Ресурс-ДК 1, «ЦСКБ-Прогресс» Антенна командно- измерительной системы Батарея солнечная Гермоконтейнер с НА "ПАМЕЛА" Специальный отсек Радиатор- охладитель Блок определения координат звезд Инфракрасный построитель местной вертикали Антенное устройство высокоскоростной радиолинии Оптико-электронная аппаратура Приборный Гермоконтейнер, «АРИНА» Приборный отсек Агрегатный отсек Антенна бортового синхронизирующего координатно-временного устройства Комплексная двигательная установка Антенна командно- измерительной системы

9 Траектория КА «Ресурс ДК» 1 Москва Квази-полярная (70,4°) Квази-полярная (70,4°) Эллиптическая (350÷600 km) орбита Эллиптическая (350÷600 km) орбита БМА РАН

10 Передача данных Собственная память ПАМЕЛЫ (2GB), 1 событие = 5Кб Собственная память ПАМЕЛЫ (2GB), 1 событие = 5Кб Передача информации в бортовую память 8 –10 раз в день 16 – 20 GB Передача информации в бортовую память 8 –10 раз в день 16 – 20 GB Сброс информации на наземную станцию Сброс информации на наземную станцию 3-4 раза в день Ошибки при передачи

11

12 Flight data: GeV/c antiproton annihilation

13 Антипротон Энергия 230 МэВ

14 Позитрон Энергия 92 ГэВ

15 Mirko Boezio, CERN, 2008/10/28 Flight data: 36 GeV/c interacting proton

16 14.7 GV Interacting nucleus (Z = 8)

17 Событие вне апертуры

18

19

20 Antiproton to proton ratio astro-ph

21 Выделение позитронных событий Равенство энергии, измеренной по трекеру и калориметру; Взаимодействие в первых трех слоях калориметра; Продольное распределение ливня; Информация с нейтронного и ливневого детекторов; Поперечные размеры ливня (отношение выделенной энергии в «Мольеровском столбе» к полному энерговыделению в калориметре).

22 Flight data: 51 GeV/c positron

23 Positron selection with calorimeter e-e-e-e- Fraction of charge released along the calorimeter track (left, hit, right) p e+e+e+e+ + Energy-momentum match Starting point of shower Longitudinal profile Rigidity: GV

24 e + background estimation from data + Energy-momentum match Starting point of shower e-e- presampler p Rigidity: GV e+e+ p

25 Positron to Electron Ratio astro-ph End 2007: ~ e + > 1.5 GeV ~2000 > 5 GeV

26 Spectrum of Galaxy protons

27 Positron to Electron Ratio below the Earth radiation belt

28 1.Обнаружено возрастание отношения e + /(e + +e - ) в диапазоне энергий 10 – 100 ГэВ по сравнению с моделью вторичного происхождения, что связано с наличием дополнительного источника позитронов. 2.Измеренное отношение p - /p в диапазоне энергий 1 – 100 ГэВ не противоречит вторичному происхождению антипротонов.

29 Интерпретация: Неправильность величин, используемых при расчётах вторичных потоков электронов и позитронов. Генерации электронно-позитронных пар в ближайших к солнечной системе пульсарах. Аннигиляция или распад гипотетических частиц, составляющих тёмную материю, на электрон-позитронные пары.

30 Очень легкие (m eV) axion Очень тяжелые (m 100 GeV) WIMP Кандидаты (dark matter) Модель суперсимметрии The lightest stable particle (LSP) – neutralino ( χ ) Модель многомерного пространства The lightest stable particle (LKP) – Kaluza- Klein particle (B 1 ) Изучение природы темной массы

31 B 1 + B 1 e + + e –, γ + γ,.... Прямые методы Регистрация взаимодействия WIMP с обычным веществом. Косвенные методы Регистрация продуктов аннигиляции WIMP

32 Left: the calculated positron fraction compared with observations; right: ¯p/p ratio. Arxiv.org

33 Заключение 24 деабря 2008 ПАМЕЛА функционирует нормально За последние 24 часа осуществлено 4 сброса информации общим объемом 20 ГБ. К настоящему дню накоплено информации 12 ТБ

34 Model-independent implications of the e+, e-, anti-proton cosmic ray spectra on properties of Dark Matter Marco Cirelli, Mario Kadastik, Martti Raidal, Alessandro Strumia

35 Positron and antiproton fraction as function of energy from DM decaying to lepton pairs. Arxiv.org

36 (a) The predicted positron fraction from AH decay via the kinetic mixing with U(1)BL(blue line) and U(1)5 (magenta line), compared with the experimental data, including the recent PAMELA results; (b) For U(1)BL case only, using different sets of parameters in solving. Arxiv.org

37 Скорость счета РАН

38 Потоки частиц в радиационном поясе Земли (БМА)

39 e + background estimation from data + Energy-momentum match Starting point of shower e-e- presampler p Rigidity: GV e+e+ p

40 e + background estimation from data + Energy-momentum match Starting point of shower e-e- presampler p Rigidity: GV e+e+ p