Кіріспе
Халықаралық ғарыш станциясындағы бөлшектер детекторы Альфа магниттік спектрометр (AMS 02) - Халықаралық ғарыш станциясына (МКС) орнатылған бөлшектер физикасының эксперименттік модулі. Бұл тәжірибе CERN-дің танылған эксперименті (RE1). Модуль - бұл антиматерияны ғарыш сәулелерінде өлшейтін детектор; бұл ақпарат ғаламның пайда болуын түсіну және қараңғы материяның дәлелін іздеу үшін қажет. Негізгі зерттеуші - Нобель сыйлығының лауреаты, физик Сэмюэл Тинг. STS 134 рейсі AMS 02 ұшағын 2011 жылдың 16 мамырында ұшырды, ал спектрометр 2011 жылдың 19 мамырында орнатылды. 2015 жылдың 15 сәуірінде AMS 02 60 миллиардтан астам ғарыш сәулелері оқиғасын және 2011 жылдың мамыр айында орнатылғаннан бері бес жыл жұмыс істегеннен кейін 90 миллиардтан астам оқиға тіркеді. 2013 жылдың наурызында профессор Тинг бастапқы нәтижелер туралы хабарлап, AMS 400 000-нан астам позитронды байқағанын, позитроннан электронға шаққандағы фракция 10 ГеВ-тан 250 ГеВ-қа дейін өскенін айтты. (Соңғы нәтижелер позитрон фракциясының 275 ГеВ-тан жоғары энергияда төмендеуін көрсетті). "Уақыт өте келе елеулі өзгерістер болған жоқ, не кез-келген кіріс бағыты. Бұл нәтижелер ғарыш кеңістігіндегі қараңғы материя бөлшектерінің жойылуынан пайда болған позитрондарға сәйкес келеді, бірақ басқа түсіндірмелерді жоққа шығаруға жеткілікті түрде жеткілікті емес ". Нәтижелері Physical Review Letters журналында жарияланды. Қосымша мәліметтер әлі жиналуда.
The Alpha Magnetic Spectrometer (AMS 02) is a particle physics experiment module that is mounted on the International Space Station (ISS). The experiment is a recognized CERN experiment (RE1). The module is a detector that measures antimatter in cosmic rays; this information is needed to understand the formation of the universe and search for evidence of dark matter. The principal investigator is Nobel laureate particle physicist Samuel Ting. The launch of flight STS 134 carrying AMS 02 took place on May 16, 2011, and the spectrometer was installed on May 19, 2011. By April 15, 2015, AMS 02 had recorded over 60 billion cosmic ray events and 90 billion after five years of operation since its installation in May 2011. In March 2013, Professor Ting reported initial results, saying that AMS had observed over 400,000 positrons, with the positron to electron fraction increasing from 10 GeV to 250 GeV. (Later results have shown a decrease in positron fraction at energies over about 275 GeV). There was "no significant variation over time, or any preferred incoming direction. These results are consistent with the positrons originating from the annihilation of dark matter particles in space, but not yet sufficiently conclusive to rule out other explanations." The results have been published in Physical Review Letters. Additional data are still being collected.
Тарих
Альфа магниттік спектрометрді 1995 жылы Антиматерияны зерттеу тобы ұсынды, оның мақсаты антиматерияның бастапқы антиматериясын іздеу, антиматерия / материяның ≈10-9 мақсатты ажыратылуымен.
АМС-01
АМС-01 деп аталатын AMS прототипі, детектордың оңайлатылған нұсқасы, Тингтің басшылығымен халықаралық консорциуммен жасалып, 1998 жылдың маусымында STS 91 ғарыш кемесімен ғарышқа ұшырылды. Антигелийді анықтамай, АМС 01 антигелий мен гелийдің ағынды қатынасының жоғарғы шегін 1,1 × 10-6 деп белгіледі және детектордың тұжырымдамасы ғарышқа жұмыс істейтінін дәлелдеді. Бұл "Мир" ғарыш станциясына ұшатын соңғы ұшу болды.
АМС-02
Прототиптің ұшуынан кейін, қазір AMS Collaboration деп аталатын топ AMS 02 деп аталатын толық зерттеу жүйесін әзірлеуді бастады. Бұл жобаға 56 мекеме мен 16 елден 500 ғалым қатысып, АҚШ Энергетика министрлігінің қолдауымен ұйымдастырылды. Ұзақ эволюциялық процестен шыққан аспап "ғарышқа жіберілген ең күрделі бөлшектер детекторы" деп аталады, ол ірі бөлшектер акселераторларында қолданылатын өте үлкен детекторлармен бәсекелеседі және оның жер бетіндегі әріптестерінен төрт есе қымбат. Оның мақсаттары да уақыт өте келе өзгеріп, жетілдірілді. Бұл қараңғы материяның бар екендігіне дәлел табу мүмкіндігі бар, әрі басқа да мақсаттар үшін жасалған. AMS 02 үшін қуат талаптары практикалық тәуелсіз ғарыш кемесі үшін тым үлкен деп саналды, сондықтан AMS 02 Халықаралық ғарыш станциясына сыртқы модуль ретінде орнатылып, ISS-тен қуатты пайдалану үшін жасалды. 2005 жылы АМС 02 станциясын құрастыру миссиясы UF4.1 бойынша АМС 02 ғарыш кемесінде ISS-ке жеткізу жоспарланған болатын, бірақ техникалық қиындықтар мен кеменің кестелеу мәселесі кешіктірілді. AMS 02 Женевадағы (Швейцария) CERN-де соңғы интеграциялық және операциялық сынақтарды аяқтады, оның ішінде CERN SPS бөлшектер үдеткіші өндірген энергетикалық протон сәулелеріне әсер етуі бар. AMS 02 кейін мамандандырылған тасымалдаушымен ЕКА-ның Еуропалық ғарыш зерттеулері және технологиясы орталығының (ESTEC) Нидерландыдағы ғимаратына жеткізілді, ол 2010 жылдың 16 ақпанында келді. Мұнда жылулық вакуум, электромагниттік үйлесімділік және электромагниттік кедергілер сынағы жүргізілді. AMS 02 2010 жылдың мамыр айының соңында Флоридадағы Кеннеди ғарыш орталығына жеткізілуі тиіс еді. Алайда, бұл 26 тамызға кейінге қалдырылды, өйткені AMS 02 CERN-де соңғы сәйкестендіру сәулесін сынақтан өткізді. АМС-02 құрылғысына бастапқыда криогенді, суперөткізгіш магнит жүйесі орнатылған. Обама әкімшілігі Халықаралық ғарыш станциясының жұмысын 2015 жылдан кейін ұзартқанда, AMS 02 суперөткiзгiш магнитін AMS 01 ғарыш станциясында бұрын ұшуға арналған суперөткiзгiш емес магнитке ауыстыру туралы шешім қабылдады. Үштіксіз магниттің өрісі әлсіз болса да, оның орбиталық жұмыс уақыты ISS-те 10 жылдан 18 жылға дейін болады деп күтілуде, ал үштіксіз магниттің жұмыс уақыты үш жыл ғана. 2018 жылдың желтоқсанында ХҒС-ті қаржыландырудың 2030 жылға дейін ұзартылғаны туралы хабарланды. 1999 жылы AMS 01 сәтті ұшқаннан кейін AMS бағдарламасының жалпы құны 33 миллион доллар деп бағаланды, AMS 02 2003 жылы ISS-ке ұшуға жоспарланды. 2003 жылы Колумбия ғарыш айлағының апатынан кейін және AMS 02 құрылысындағы бірқатар техникалық қиындықтардан кейін бағдарламаның құны шамамен 2 миллиард долларға дейін көтерілді.
Халықаралық ғарыш станциясына орнату
Бірнеше жыл бойы AMS 02 ұшырылатындығы белгісіз болды, өйткені ол қалған Space Shuttle ұшуларының ешқайсысында ұшпаған. 2003 жылы Колумбия апатынан кейін НАСА шатлл рейстерін азайтып, қалған шатлдарды 2010 жылға дейін зейнеткерлікке шығаруға шешім қабылдады. Бірқатар рейстер қалған манифесттен алынып тасталды, соның ішінде AMS 02 рейсі. 2010 немесе 2011 жылы қосымша шаттл рейсімен AMS 02 ұшыру ұсынылды. Бұл заң жобасын 2008 жылдың 11 маусымында АҚШ-тың Өкілдер палатасының жалпы құрамы қабылдады. Бұдан кейін заң жобасы Сенаттың Сауда, ғылым және көлік комитетінің қарауына жіберілді, онда да ол қабылданды. Содан кейін 2008 жылдың 25 қыркүйегінде Сенат толықтай оны қабылдап, қайтадан 2008 жылдың 27 қыркүйегінде Палата қабылдады. 2008 жылдың 15 қазанында президент Джордж Буш оны заңға айналдырды. Бұл заң жобасы NASA-ға ғарыш айлағының бағдарламасын тоқтату алдында тағы бір ғарыш айлағының ұшуын жоспарға қосуға рұқсат берді. 2009 жылдың қаңтар айында НАСА AMS 02 ұшақ тізімдемесін қалпына келтірді. 2010 жылдың 26 тамызында AMS 02 CERN-тен Кеннеди ғарыш орталығына Lockheed C 5 Galaxy ұшағымен жеткізілді. Ол 2011 жылы 19 мамырда Марк Келлидің командалығымен STS 134 рейсі бойынша ULF6 станциясына ұшып келген. Ол шатлдың жүк қоймасынан шатлдың робот қолын қолдана отырып алынып, станцияның робот қолына орнату үшін берілді. AMS 02 USS 02-де Integrated Truss Structure-ның үстіне орнатылған, бұл S3 элементінің зениттік жағы.
Пайдалану, жөндеу және жөндеу
2017 жылдың сәуір айында кремнийлі тракерлер үшін 4 артық салқындатқыш сорғысының тек біреуі ғана толық жұмыс істеді және AMS 02 ғарышқа қызмет көрсетуге арналған болмаса да, жөндеулер жоспарланып отырды. 2019 жылдың қараша айында төрт жылдық жоспарлаудан кейін сұйық көмірқышқыл суландырушы затқа да толықтай толығады. Бүкіл ғарышқа шығу науқаны Disney+ Among The Stars деректі сериясының басты ерекшелігі болды.
Бірінші ғарышқа шығу
Бірінші ғарыш сапары 2019 жылдың 15 қарашасында өткізілді. Ғарышқа шығу АМС-ті жауып тұрған қалдық қалқанын алып тастаумен басталды, ол атмосферада жану үшін лақтырылды. Келесі тапсырма - AMS-тің маңайындағы үш тұтқаны орнату және AMS тік тіректеріндегі цип-байланыстарды алып тастау. Мұнан кейін "алға" тапсырмалар орындалды: Пармитано оқшаулау астындағы көміртекті қаптамадан бұрандаларды алып тастады және қаптаманы Морганға тастауға тапсырды. Сонымен қатар ғарышкерлер тік тірек сәулелерін алып тастады. Ғарышқа шығудың ұзақтығы 6 сағат 39 минут болды.
Екінші ғарышқа шығу
Екінші ғарыш сапары 2019 жылдың 22 қарашасында өткізілді. Пармитано мен Морган барлығы сегіз тот баспайтын болат түтікшелер кескен, оның ішінде ескі салқындату сорғысынан қалған көмірқышқыл газын шығаратын түтікше де бар. Сондай-ақ, экипаж мүшелері жаңа салқындату жүйесін орнату алдында электр кабелін дайындап, механикалық бекіту құрылғысын орнатты. Ғарышқа шығудың ұзақтығы 6 сағат 33 минут болды.
Ғылыми мақсаттар
АМС 02 ғалам туралы білімді арттыруға және антиматерия, қараңғы материя іздеу және ғарыш сәулелерін өлшеу арқылы оның шығу тегін түсінуге мүмкіндік береді. Физиканың алғашқы нәтижелері 2013 жылдың 3 сәуірінде Physical Review Letters журналында жарияланды. Онда былай делінген: "Ғарышқа жіберілген Альфа магниттік спектрометрдің алғашқы нәтижелері Жерге байланысты ғарыш сәулелерінде жоғары энергиялы позитрондардың түсіндірілмейтін артылуын растайды". Бұл нәтижелер ғарышқа қараңғы материя бөлшектерінің жойылуынан пайда болған позитрондарға сәйкес келеді, бірақ басқа түсіндірмелерді жоққа шығаруға жеткілікті түрде сенімді емес. Тинг былай деді: "Келесі айларда AMS бізге бұл позитрондар қараңғы материяның сигналы ма, әлде олардың басқа да шығу тегі бар ма, жоқ па, анық айта алады". 2014 жылдың 18 қыркүйегінде CERN-де өткен баяндамада екі есе көп деректері бар жаңа нәтижелер ұсынылды және Physical Review Letters журналында жарияланды. 500 ГеВ-қа дейінгі позитрон фракциясының жаңа өлшеуі, позитрон фракциясының ең көп шамамен жалпы электрон + позитрон оқиғаларының 16% -ында, 275 ± 32 ГеВ энергиясында шыңдауын көрсетті. 500 геВ-қа дейінгі жоғары энергияда позитрондар мен электрондардың арақатынасы қайтадан төмендей бастайды. 2015 жылдың сәуірінде AMS тобы 3 күн бойы CERN-де 300 миллион протон оқиғасы мен гелий ағыны туралы жаңа деректерді қамтыды. 2016 жылдың желтоқсан айында бірнеше миллиард гелий ядроларының арасында антигелий ядроларына сәйкес келетін бірнеше сигналдарды тапқанын жариялады. Нәтиже әлі тексерілмеген, ал команда зақымдану мүмкіндігін жоққа шығаруға тырысуда. 2019 жылғы зерттеуде NASA-ның Fermi Gamma ray Space Telescope телескобының деректерін пайдалана отырып, жақын маңдағы Geminga пульсарының айналасында гало табылды. Жылдамдаған электрондар мен позитрондар жақын маңдағы жұлдыз жарығымен соқтығысады. Бұл жарық жарық энергиясын жоғарылатады. Тек Геминга ғана АМС 02 эксперименті кезінде байқалған жоғары энергиялы позитрондардың 20% -ына жауап бере алады. 2021 жылға қарай АКС-тегі AMS 02 антигелий 3 анықталған сегіз оқиғаны тіркеді. АМС-тің 12 жылдық жұмыс уақытында 230 миллиардтан астам ғарыш сәулелері жинақталды, олардың энергиясы бірнеше ТеВ деңгейіне дейін жетеді. Магниттік спектрометрмен алынған дәл өлшеулер деректерді ~ 1% -ға жуық дәлдікпен ұсынуға мүмкіндік береді. Теориялық құрылымдарға қиындық туғызатын электрон, позитрон, протон және антипротон сияқты элементар бөлшектерге қатысты жоғары энергиялық деректер ерекше маңызды. Сонымен қатар, ядролар мен изотоптарды бақылау теориялық болжамдардан ауытқуы мүмкін энергия тәуелділігін көрсетеді. AMS жинаған кең көлемді деректер жиынтығы 2024 жылы сәуірдегі APS кездесуінде талқыланғандай, ғаламның қолданыстағы модельдерін қайта бағалауды қажет етеді.