Энергетика космических лучей и массовый эксперимент

Энергетика и масса космических лучей ( КРЕМ ) — эксперимент по определению состава космических лучей до 10-го уровня. ¹⁵ эВ (также известный как «перспектива колена») в спектре космических лучей .

Была выдвинута гипотеза, что перспектива перегиба спектра космических лучей может быть объяснена теоретической максимальной энергией, до которой сверхновая может ускорять частицы в соответствии с ускорением Ферми . Измерения выполняются с использованием детектора заряда на основе синхронизации и детектора переходного излучения, отправляемого на высоту не менее 34 км (21 миль) с помощью высотного аэростата .

После запуска со станции Мак-Мердо в Антарктиде шар будет находиться в воздухе 60–100 дней, собирая данные о зарядах и энергиях беспрепятственно поражающих детекторы космических лучей.

Ожидаемые результаты

Одним из преимуществ экспериментов этого типа является то, что можно идентифицировать исходную частицу, которая могла бы вызвать воздушный ливень , обнаруженный наземными детекторами. Максимальный обнаруживаемый уровень энергии определяется продолжительностью полета и размером детектора; трудный барьер, который необходимо обойти для экспериментов такого типа. Точное измерение состава космических лучей необходимо для того, чтобы понять происхождение космических лучей, обнаруженных выше «колена» на высоте 10°. ¹⁵ эВ. На сегодняшний день эксперименты с баллонами CREAM продлились в общей сложности 161 день воздействия, что больше, чем в любом другом одиночном эксперименте с баллоном. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}

Экспериментальные цели

Можно ли объяснить «колено» максимальным ускорением сверхновых?
Изменился ли состав космических лучей с течением времени?
Являются ли множественные механизмы ответственными за образование космических лучей?

Строительство

Для ответа на эти вопросы представляет особый интерес исследование космических лучей в 10-м диапазоне. ¹² до 10 ¹⁵ эВ из-за нескольких теорий, предсказывающих изменение элементного состава чуть ниже колена. Для определения элементного спектра космических лучей CREAM использует кремниевый детектор заряда , временной детектор заряда и сцинтилляционные волоконные годоскопы для обнаружения заряда падающих частиц вплоть до заряда железа (Z = 26). Энергии измеряются с помощью детектора переходного излучения (TRD) вместе с ионизационным калориметром . Поскольку все детекторы расположены в непосредственной близости друг от друга, первоочередной задачей является минимизация взаимодействия между ливнями, образующимися в калориметре, и приборами для измерения заряда. Чтобы ослабить этот эффект, CREAM использует большее количество пикселей меньшей площади, а также очень быстрое время считывания, чтобы различать события, вызванные первичной частицей, и события, вызванные обратным рассеянием от калориметра.

Относительно низкая плотность TRD позволяет использовать большую геометрию детектора для обнаружения частиц с меньшим потоком. Измеряя фактор Лоренца γ в сочетании со знанием заряда частицы, можно калибровать детектор по различным космическим лучам с зарядом ±1 (электроны, пионы, мюоны и т. д.). Из-за относительно низкой энергии геомагнитного обрезания космических лучей вблизи Южного полюса черенковский детектор , который действует как вето для этих частиц низкой энергии. между модулями ТРД размещается ^{[ 3 ]}

Что касается питания, система включает в себя батареи для хранения энергии, а также солнечную батарею, рассчитанную на работу в течение 100 дней. В целом ожидается, что прибор будет потреблять всего 380 Вт от источника питания 28 В благодаря очень тщательному выбору энергоэффективной электроники. В условиях, близких к вакууму, необходимо принимать значительные меры предосторожности против корональных разрядов между неэкранированной электроникой, работающей при напряжении всего 100 В. Это смягчается путем помещения всей соответствующей электроники в легкий диэлектрический компаунд, например, в гипс.

Прибор должен быть способен работать в широком диапазоне температур, поскольку высокое альбедо Антарктиды может вызывать очень высокие температуры, а периоды темноты приводят к очень низким температурам.

Без учета балласта общий вес инструмента не должен превышать 5500 фунтов (2500 кг) для достижения желаемой высоты. Извлечение осуществляется путем отделения инструмента от воздушного шара после достаточного воздействия, а парашют открывается, чтобы несколько замедлить спуск инструмента. Хотя эксперимент разработан с учетом структурных требований Колумбийского научного комплекса по производству воздушных шаров , некоторые повреждения сменных частей инструмента неизбежны. Основным приоритетом является получение данных; все остальные системы на этом этапе считаются второстепенными.

КРЕМ Авиабилеты

CREAM Flights (История запуска)
Год	Дата начала (UTC)	Дата окончания (UTC)	Полет	Ссылка
2004	16 декабря 2004 г.	27 января 2005 г.	КРЕМ I	^{[ 4 ]}
2005	15 декабря 2005 г.	13 января 2006 г.	КРЕМ II	^{[ 5 ]}
2007	18 декабря 2007 г.	17 января 2008 г.	КРЕМ III	^{[ 6 ]}
2008	18 декабря 2008 г.	7 января 2009 г.	КРЕМ IV	^{[ 7 ]}
2009	1 декабря 2009 г.	8 января 2010 г.	КРЕМ В.	^{[ 8 ]}
2010	21 декабря 2010 г.	26 декабря 2010 г.	КРЕМ VI	^{[ 9 ]}
2016	28 ноября 2016 г.		БАКУС	^{[ 10 ]}
2017	Доставлено 14 августа 2017 г.; ожидает активации		ИКС-КРЕМ	^{[ 11 ]}

ИКС-КРЕМ

Произносится как «мороженое», ISS-CREAM представляет собой версию экспериментов на воздушном шаре CREAM следующего поколения, которая была отправлена на Международную космическую станцию 14 августа 2017 года в рамках миссии CRS-12 и будет установлена на станции на постоянной основе. Расположенный на высоте 410 км, что в 10 раз выше, чем предыдущие полеты на воздушном шаре, ИКС-КРИМ сможет принимать данные практически непрерывно в течение своей трехлетней миссии. Из-за большой высоты нет атмосферы, от которой падающие частицы могли бы разлететься, прежде чем достигнут детектора. Ожидалось, что эта миссия на МКС соберет на порядок больше данных, чем эксперименты на воздушном шаре CREAM. ^{[ 12 ]}

В феврале 2019 года из-за проблем с управлением проектом «ИСС-КРИМ» был отключен. ^{[ 13 ]}

Финансирование

Эксперименты CREAM в настоящее время финансируются НАСА .

Соавторы

Текущая команда сотрудничества CREAM включает в себя членов из

Университет Мэриленда
Государственный университет Пенсильвании
Университет Сунгюнкван
Национальный автономный университет Мексики
Лаборатория субатомной физики и космологии Гренобля, Франция
Национальный университет Кёнпук
Центр космических полетов Годдарда
Летный комплекс Уоллопса и
Университет Северного Кентукки

См. также

Система космических лучей (эксперимент с космическими лучами на «Вояджерах»)

Ссылки

^ ES Seo; и др. (25 апреля 2003 г.). «Проект воздушного шара по энергетике и массе космических лучей (CREAM)» (PDF) . Достижения в космических исследованиях . 33 (10): 1777–1785. Бибкод : 2004AdSpR..33.1777S . дои : 10.1016/j.asr.2003.05.019 .
^ «Энергетика и масса космических лучей (КРЕМ)» . 4 марта 2015 г.
^ Х.С. Ан; и др. (10 мая 2007 г.). «Прибор для энергетики и массы космических лучей (CREAM)» (PDF) . Ядерные приборы и методы в физических исследованиях . 579 (3): 1034–1053. Бибкод : 2007NIMPA.579.1034A . CiteSeerX 10.1.1.476.5252 . дои : 10.1016/j.nima.2007.05.203 . Архивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2016 года.
^ «КРЕМОВЫЙ Рейс 2004» . cosmicray umd edu . Проверено 15 августа 2017 г.
^ «КРЕМОВЫЙ Рейс 2005» . cosmicray umd edu . Проверено 15 августа 2017 г.
^ «КРЕМОВЫЙ Рейс 2007» . cosmicray umd edu . Проверено 15 августа 2017 г.
^ «КРЕМОВЫЙ Рейс 2008» . cosmicray umd edu . Проверено 15 августа 2017 г.
^ «КРЕМОВЫЙ Рейс 2009» . cosmicray umd edu . Проверено 15 августа 2017 г.
^ «КРЕМОВЫЙ Рейс 2010» . cosmicray umd edu . Проверено 15 августа 2017 г.
^ «БАКУС» . cosmicray umd edu . Проверено 15 августа 2017 г.
^ "Деятельность" . cosmicray umd edu . Проверено 15 августа 2017 г.
^ «Энергетика и масса космических лучей для Международной космической станции» (PDF) .
^ Крамер, Дэвид (24 января 2022 г.). «Заброшенный эксперимент с космическими лучами может быть сожжен» . Физика сегодня . дои : 10.1063/PT.6.2.20220124a .

Внешние ссылки

[1] ES Seo; и др. (25 апреля 2003 г.). «Проект воздушного шара по энергетике и массе космических лучей (CREAM)» (PDF) . Достижения в космических исследованиях . 33 (10): 1777–1785. Бибкод : 2004AdSpR..33.1777S . дои : 10.1016/j.asr.2003.05.019 .

[2] «Энергетика и масса космических лучей (КРЕМ)» . 4 марта 2015 г.

[3] Х.С. Ан; и др. (10 мая 2007 г.). «Прибор для энергетики и массы космических лучей (CREAM)» (PDF) . Ядерные приборы и методы в физических исследованиях . 579 (3): 1034–1053. Бибкод : 2007NIMPA.579.1034A . CiteSeerX 10.1.1.476.5252 . дои : 10.1016/j.nima.2007.05.203 . Архивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2016 года.

[4] «КРЕМОВЫЙ Рейс 2004» . cosmicray umd edu . Проверено 15 августа 2017 г.

[5] «КРЕМОВЫЙ Рейс 2005» . cosmicray umd edu . Проверено 15 августа 2017 г.

[6] «КРЕМОВЫЙ Рейс 2007» . cosmicray umd edu . Проверено 15 августа 2017 г.

[7] «КРЕМОВЫЙ Рейс 2008» . cosmicray umd edu . Проверено 15 августа 2017 г.

[8] «КРЕМОВЫЙ Рейс 2009» . cosmicray umd edu . Проверено 15 августа 2017 г.

[9] «КРЕМОВЫЙ Рейс 2010» . cosmicray umd edu . Проверено 15 августа 2017 г.

[10] «БАКУС» . cosmicray umd edu . Проверено 15 августа 2017 г.

[11] "Деятельность" . cosmicray umd edu . Проверено 15 августа 2017 г.

[12] «Энергетика и масса космических лучей для Международной космической станции» (PDF) .

[13] Крамер, Дэвид (24 января 2022 г.). «Заброшенный эксперимент с космическими лучами может быть сожжен» . Физика сегодня . дои : 10.1063/PT.6.2.20220124a .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]