Эксперимент «ПАМЕЛА»Эксперимент «ПАМЕЛА»((проект РИМ-ПАМЕЛАпроект РИМ-ПАМЕЛА))

А.М. ГальперА.М. Гальпер

2626.12.2008 .12.2008 АВЭ-2008АВЭ-2008

Bari Florence Frascati

Italy:TriesteNaples Rome CNR, Florence

St. Petersburg

Russia:

Germany:Siegen

Sweden:KTH, Stockholm

Коллаборация ПАМЕЛА

Moscow

Moscow

Научные задачи проекта Научные задачи проекта «РИМ-ПАМЕЛА»«РИМ-ПАМЕЛА»

• Поиск антивеществаПоиск антивещества• Изучение природы темной материиИзучение природы темной материи• Изучение процессов генерации и распространения Изучение процессов генерации и распространения

высокоэнергичного галактического космического высокоэнергичного галактического космического излученияизлучения

• Изучение процессов генерации солнечных космических Изучение процессов генерации солнечных космических лучей и солнечной модуляции.лучей и солнечной модуляции.

• Исследование околоземного космического пространстваИсследование околоземного космического пространства• Изучение спектров электронов сверхвысокой энергии Изучение спектров электронов сверхвысокой энергии

(поиск локальных источников КЛ)(поиск локальных источников КЛ)

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 ПАМЕЛА1, 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.

Таблица 1.

Геомфактор 21 см 2ср

Диапазон энергий: протоны, антипротоны электроны, позитроны ядра, антиядра

0.08-200 ГэВ0.05-300 ГэВ (до 1013 эВ)0.1-200 ГэВ/нуклон

Максимальный измеряемый импульс 740 ГэВ/с

Пространственное разрешение трекера 4 мкм

Толщина калориметра 50 г/см 2 = 16 X0

Индукция магнитного поля 0.48 Тл

Объем памяти, число запоминаемых событий 2 ГБ, 10 6 событий

Габаритные размеры (с нейтроннымдетектором)

90 90 125 см 3

Масса (масса с нейтронным детектором) 450 кг

Энергопотребление 355 Вт

Характеристики магнитного спектрометра ПАМЕЛА

Общий вид спектрометра ПАМЕЛА

Запуск Ресурс-ДК № 1 15/06/06

Параметры рабочей орбиты:

- наклонение орбиты, град 70

- минимальная высота орбиты, км 361

- 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, м2 36

Ресурс-ДК №1, «ЦСКБ-Прогресс»Ресурс-ДК №1, «ЦСКБ-Прогресс»

Антенна командно-измерительной системы

Батарея солнечная

Гермоконтейнер с НА "ПАМЕЛА"

Специальный отсек

Радиатор-охладитель

Блок определениякоординат звезд

Инфракрасный построитель местной

вертикали

Антенное устройствовысокоскоростной

радиолинии

Оптико-электроннаяаппаратура

ПриборныйГермоконтейнер,

«АРИНА»

Приборный отсек

Агрегатный отсек

Антенна бортовогосинхронизирующего

координатно-временногоустройства

Комплекснаядвигательная установка

Антенна командно-измерительной системы

Траектория КА «Ресурс ДК» Траектория КА «Ресурс ДК» №1№1

Москва

•Квази-полярная (70,4°)Квази-полярная (70,4°)•Эллиптическая (350÷600 km) Эллиптическая (350÷600 km) орбитаорбита

БМА

РАН 14.12.2006

Передача данныхПередача данных

• Собственная память ПАМЕЛЫ (2GB), 1 событие = 5КбСобственная память ПАМЕЛЫ (2GB), 1 событие = 5Кб• Передача информации в бортовую памятьПередача информации в бортовую память 8 8

–10 раз в день –10 раз в день 16 – 20 GB16 – 20 GB• Сброс информации на наземную станциюСброс информации на наземную станцию

3-4 раза в день3-4 раза в день• Ошибки при передачи <10Ошибки при передачи <10-8-8

Наземная станция приема: Наземная станция приема: Научный центр Научный центр оперативного оперативного мониторинга Земли мониторинга Земли (НЦ ОМЗ)(НЦ ОМЗ)(Отрадное, Москва) (Отрадное, Москва)

Flight data: 0.763 GeV/cantiproton annihilation

Антипротон Энергия 230 МэВ

Позитрон Энергия 92 ГэВ

Mirko Boezio, CERN, 2008/10/28

Flight data: 36 GeV/c interacting proton

14.7 GVInteracting nucleus

(Z = 8)

Событие вне апертуры

Antiproton to proton ratioastro-ph 0810.4994

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).

Flight data: 51 GeV/cpositron

Positron selection with calorimeter

ee--

Fraction of charge released along the calorimeter track (left, hit, right)

pp

ee++

+ • Energy-momentum match• Starting point of shower • Longitudinal profile

Rigidity: 20-30 GV

ee++ background estimation from background estimation from datadata

+• Energy-momentum match• Starting point of shower

e-

‘presampler’ p

Rigidity: 28-42 GV

e+p

Positron to Electron Ratioastro-ph 0810.4995

End 2007: ~10 000 e+ > 1.5 GeV

~2000 > 5 GeV

Spectrum of Galaxy protons

Positron to Electron Ratio below the Earth radiation belt

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.

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.

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 (B1)

Изучение природы темной массыИзучение природы темной массы

Изучение природы темной массыИзучение природы темной массы

B1 + B1 → e+ + e –, γ + γ, ....

......,...,...,...,

,,,,,, 000

ddppe

HHWWZZZttbb

Прямые методы

Регистрация взаимодействия WIMP с обычным веществом.

Косвенные методы

Регистрация продуктов аннигиляции WIMP

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

Arxiv.org 0811.0176

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

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

Positron and antiproton fraction as function of energy from DM decaying to lepton pairs. Arxiv.org 0811.0176

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

Arxiv.org 0811.3357

Скорость счета Скорость счета

РАН 14.12.2006

ППотокотокии частиц частицв радиационном поясе Земли (БМА)в радиационном поясе Земли (БМА)

ee++ background estimation from background estimation from datadata

+• Energy-momentum match• Starting point of shower

e-

‘presampler’ p

Rigidity: 20-28 GV

e+

p

ee++ background estimation from background estimation from datadata

+• Energy-momentum match• Starting point of shower

e-

‘presampler’ p

Rigidity: 6.1-7.4 GV

e+

p