29 апреля 2011 г.

AMS-02: детектор элементарных частиц в космосе

29 апреля поздно вечером (перенесли пока) NASA запускает на орбиту церновский детектор элементарных частиц AMS-02. Строили этот детектор 10 лет, его старшие «собратья» уже вовсю работают на Большом адронном коллайдере, то бишь, под землей, а этот — полетит в космос! :)

Вот церновский пресс-релиз, вот тут будет вестись онлайн-трансляция запуска начиная с 21:30 по средне-европейскому времени, твиттер ЦЕРНа тоже будет передавать сводки. Запуск и всю последующую работу можно отслеживать на сайте эксперимента. А я пока вкратце расскажу про аппарат и научные задачи.

AMS-02 — это самый настоящий детектор элементарных частиц (почти) со всеми его атрибутами. Размер его — 4 метра, масса — 8,5 тонн. Конечно, с такой махиной, как ATLAS, он не сравнится, но для запуска в космос (и установки на МКС) и этого немало.

Если подземные детекторы регистрируют частицы, родившиеся при рукотворном столкновении протонов и иных частиц, то AMS-02 будет регистрировать космические лучи — частицы очень больших энергий, прилетающие к нам из глубокого космоса, разогнанные на «природных ускорителях». Космические лучи, конечно, изучаются уже давно, почти век, но с ними до сих пор связано много загадок.

Самая главная задача нового детектора — со сверхвысокой точностью измерить состав космических лучей. Какова доля антивещества в космических лучях? Как она изменяется с энергией? Нет ли там в небольших количествах каких-то новых тяжелых стабильных частиц (частиц темной материи), которые не удается родить на коллайдерах, но которые смогла породить Вселенная? А может быть, какие-то тонкие особенности в энергетическом спектре обычных частиц укажут на то, что они получились при распаде неизвестных до сих пор сверхтяжелых частиц?

AMS-02 будет изучать эти вопросы, регистрируя пролет частиц космических лучей сквозь вещество детектора и измеряя их импульс, скорость, энерговыделение, заряд. «Окно» оптимальной чувствительности детектора по энергии частиц — от примерно 1 ГэВ до нескольких ТэВ. Это окно покрывает предсказания многих моделей, а также пересекается с окнами чувствительности детекторов на LHC. Но в отличие от Большого адронного коллайдера, тут в качестве ускорителя выступает сама вселенная, и это может иметь далеко идущие последствия.

Субдетекторы и подсистемы AMS-02 (источник).

Так же, как и классические наземные (точнее, подземные) детекторы, он содержит сразу несколько отдельных детектирующих систем, измеряющих разные характеристики частиц. Только в отличие от них, AMS-02 не вглядывается «вовнутрь», а «смотрит наружу»; он похож скорее на один сегмент передового современного детектора.

Кратко устройство описано на сайте эксперимента. Тут есть и трековые детекторы, восстанавливающие траекторию, черенковские детекторы, измеряющие скорость частиц, электромагнитные калориметры, измеряющие энергию частиц, и другие системы. Разделять разные заряды будут сразу два разных магнита (это я наврал). Разделять заряды будет постоянный магнит на 0,125 Тесла из неодимового сплава. И вдобавок, у AMS-02 есть нечто, чего нет у подземных детекторов — GPS датчики и система слежения за звездами :)

Строилось это всё 10 лет, стоимость — порядка 1,5 гигадолларов. В коллаборации AMS числятся 56 институтов из 16 стран.

Главное, чтоб сейчас эта штука удачно улетела. Завтра вечером будем следить за запуском!

29 комментариев:

  1. Анонимный29/4/11 04:11

    Очень радостно, что вы не перестали писать, как собирались.

    ОтветитьУдалить
  2. Да я вообще-то не собирался :)

    ОтветитьУдалить
  3. Почему на шаттле, не слишком рискованно?
    Надеюсь спутник застраховали на все 100%

    ОтветитьУдалить
  4. Анонимный29/4/11 22:11

    А наземные детекторы высокоэнергетических космических лучей неспособны ответить на эти вопросы? По шлейфу прдуктов :-)

    ОтветитьУдалить
  5. Анонимный29/4/11 22:43

    А как же самые интересные частицы с энергией
    до 10^21 эв? Они не регистрируются? Их же только
    из космоса получают.

    ОтветитьУдалить
  6. Анонимный29/4/11 23:26

    Где можно посмотреть какой нибудь график, где видно количество космических частиц в зависимости от энергий? Особенно интересно самые высокоэнергетические.

    ОтветитьУдалить
  7. Наземные детекторы космических лучей жутко плохо распознают состав исходных частиц, потому что они регистрируют не сами первичные частицы, а ливни, ими образованные. Сейачс даже неизвестно толком, частицы ультравысоких энергий — это протоны или ядра.

    Частицы с энергиями 10^21 эв прилетают так редко, что детекторный массив размеров в несколько километров видит порядка одной частицы (точнее, одного сверхширокого ливня) в несоклько лет. Вероятность, что подобная частица попадет в аппарат, в миллионы раз меньше. Но даже если попадет, просто не удастся определить ее энергию даже по порядку величины. Частицы с более скромной энергией, порядка Тэв, хотя бы чуть-чуть отклоняются в магнитном поле внутри детектора, и так можно будет определить импульс.

    Вот чей-то диссер, http://dspace.uniroma2.it/dspace/bitstream/2108/888/1/thesis.pdf
    там есть хорошие графики.

    ОтветитьУдалить
  8. Анонимный30/4/11 18:36

    Интересно,а если попадётся монополь(Дирака) в
    к-л детектор,его смогут распознать?

    ОтветитьУдалить
  9. Анонимный2/5/11 12:33

    http://lenta.ru/news/2011/05/02/hydrogen/

    Не расскажите по подробней что ваши коллеги учудили?:)

    ОтветитьУдалить
  10. http://igorivanov.blogspot.com/2011/01/comment-requested.html

    ОтветитьУдалить
  11. Анонимный2/5/11 13:03

    http://arxiv.org/abs/1104.4982

    Хорошо, вот сама статья, так чего же они учудили и чем всё это может обернуться?

    ОтветитьУдалить
  12. Они ничего не учудили. Просто научились удерживать антиводород в ловушке в течение длительного времени. Это позволил промерять спектроскопию антивещества с высокой точностью и сравнить ее со спектроскопией вещества. А это в свою очередь позволит получить ограничения на некоторые гипотезы об окружающем нас мире (проверка CPT-инвариантности, проверка того, как гравитация действует на антивещество).

    ОтветитьУдалить
  13. Анонимный2/5/11 14:03

    Как я понимаю время удержания будет ещё увеличиваться и это не предел?

    Кстати, вопрос не много не по теме, но всё же связан с физикой. В этом году в США зарегистрировано прямо таки рекордное количество торнадо. И недавно я узнал что в принципе это природное явление по прежнему не до конца изучено, используются наблюдения как в астрономии, но нет непосредственного изучения, так сказать изнутри.
    С чем это связано? Раз уж физики исследуют материю на разных уровнях, строят разные сложные научные приборы, тогда в чём заключается проблема с торнадо? Наверно есть уже технологии, которые бы позволили аппаратуру отправить непосредственно внутрь и произвести измерения в подобных экстремальных условиях.

    ОтветитьУдалить
  14. Насчет монополя: да, т.к. монополь сильно ионизирующая частица, его тоже скорее всего будет видно.

    ОтветитьУдалить
  15. Да, время удержания скорее всего будет увеличиваться, тут уже начинается вопрос технологий.

    Насчет торнадо: есть много природных явлений, в частности гидродинамических явлений, которые до сих пор очень плохо поняты. Проблема тут в том, что они крупномасштабные, и воспроизвести их лабораторно не очень получается (т.е. что-то то, но оно это или нет — неясно).

    ОтветитьУдалить
  16. Анонимный2/5/11 18:06

    А что за гидродинамические явления к примеру?

    Я знаю что в лабораторных условиях можно в уменьшенном масштабе воспроизвести цунами, а если в высоком здании к потолку подвесить лопасти и создать вихрь-это не будет считаться смерчем?

    И ещё пару вопросов. Скажем есть дом, если в нём окна закрыты, то при подходе торнадо он взорвётся из за разности давлений? Т.е. лучше открыть окна?
    Почему торнадо так долго существует? По идее же если внутри область пониженного давления, то он как бы должен "схлопнуться", воздух должен устремиться в эту область и всё должно уравновеситься.

    ОтветитьУдалить
  17. Запуск отложен, как минимум до 8 мая.
    http://www.nasaspaceflight.com/2011/05/sts-134-launch-slips-apu-troubleshooting-lca-fault/

    ОтветитьУдалить
  18. Анонимный3/5/11 06:25

    Ещё о монополе: понятно,что он зарегистрируется,а
    смогут ли учёные однозначно определить его по тем
    данным,которые выдают детекторы?

    ОтветитьУдалить
  19. Вопрос по поводу космического детектора - существует ли вероятность "засветить" прибор, направив его в сторону Солнца. Есть ли опасность в отражённом солнечном излучении от Луны, планет? На сколько он чувствителен к большим порциям высокоэнергетических излучений.
    Насчёт антиводорода и гравитации хотелось бы поподробнее пожалуйста. Существует ли сколь-нибудь проверенная теория о гравитационном взаимодействии вещества и антивещества? Есть ли шанс получить "антигравитационные" характеристики от антивещества? Спасибо!

    ОтветитьУдалить
  20. анонимному комментатору: да разные явления. Циклоны, океанические течения, планетарные волны и т.д. Насчет смерчей — мы можете получить завихрения в лаборатории, но будут ли они долгоживущими и эквивалентны ли они природным вихрям? То же самое с шаровой молнией. Что-то в лаборатории получают, но непонятно, насколько это походит на природные шаровые молнии. На ваши конкретные вопросы про торнадо отвечать не возьмусь.

    другому анонимному комментатору: монополь обладает очень сильной ионизующей способностью и совершенно иначе, чем обычные частицы, ведет себя в магнитном поле. Перепутать его с кем-то нереально.

    to 6opweu: фотоны и другие частицы, испущенные Солнцем, а тем более отраженные планетами, низкоэнергетичны. Детектор будет смотреть на область начиная от 1 ГэВ.

    Насчет гравитации антивещества. Современная теория говорит, что гравитационные свойства вещества и антивещества одинаковые. Но до сих пор прямой экспериментальной проверки с достаточно большой точностью не было. Задача экспериментатора — сделать все проверки фундаментальных законов природы, до которых они могут «дотянуться» своими инструментами.

    ОтветитьУдалить
  21. Анонимный6/5/11 13:56

    Igor Ivanov: "монополь обладает очень сильной ионизующей способностью и совершенно иначе, чем обычные частицы, ведет себя в магнитном поле. Перепутать его с кем-то нереально."
    А Вы сами допускаете, что они существуют? Или однозначного ответа у Вас нет?
    Alextos

    ОтветитьУдалить
  22. Анонимный11/5/11 18:42

    Спасибо за ответ на тему смерчей.

    По этой ссылке есть интересный комментарий пользователя: http://infox.ru/science/lab/2011/05/03/Antimatyeriyu_poymal.phtml

    Цитата:

    resolventa
    Не верьте громким заявлениям "о получении и удержании " антиматерии до тех пор, пока не будут преставлены экспериментальные доказательстав: спектры излучения антиводорода. Поражает то факт, что потратив колоссальные средства на проведение экспериментов по "синтезу" антиматерии, участники этой работы не подумали о приборной регистрации того, что получили. Как говорил театральный классик: "Не верю". Да и молчат наши академики, физики-ядерщики. Просто все эти заявления-оправдание больших затрат и тупика в достижении цели. Да и решения дифференциального уравнения содержат ответы, подтверждённые экспериментами "в нашем мире", а наличие антиматерии подтвеждено экспеиментами по аннигиляции электрона и позитрона с абразованием "гамма квантов"

    Можно ваш комментарий на этот комментарий?:)

    ОтветитьУдалить
  23. Анонимному
    А стоит ли комментировать замечания из разряда
    "- Воздушный тормоз работает неважно,- заявил Полесов, с торжеством поглядывая на пассажиров,- не всасывает" ?

    ОтветитьУдалить
  24. Анонимный21/5/11 08:12

    запустили ??

    ОтветитьУдалить
  25. Результатов, открытий пока нет?

    ОтветитьУдалить
  26. Набор данных идет, но никаких результатов пока не было представлено.

    ОтветитьУдалить
  27. У одного из комментаторов Джестера:
    Susy in the sky with AMS-02 :)

    ОтветитьУдалить