1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Известия РАН. Серия физическая
  4. T. 85, № 4, 2021

Известия РАН. Серия физическая, 2021, T. 85, № 4, стр. 470-471

Регистрация антипротонов в радиационном поясе Земли в эксперименте ПАМЕЛА

С. А. Роденко 1, *, А. Г. Майоров 1, В. В. Малахов 1

1 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования “Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”
Москва, Россия

* E-mail: SARodenko@mephi.ru

Поступила в редакцию 19.10.2020
После доработки 19.11.2020
Принята к публикации 28.12.2020

Полный текст (PDF)

Аннотация

Магнитный спектрометр PAMELA на борту космического аппарата Ресурс-ДК1 измерял потоки заряженных частиц и античастиц в космическом излучении с июня 2006 до января 2016 г. В 2011 году по результатам измерений были впервые обнаружены антипротоны вторичного происхождения в околоземном пространстве и определен энергетический спектр альбедной и захваченной компонент в энергетическом диапазоне от 60 до 750 МэВ. Приводятся результаты измерения потока антипротонов в радиационном поясе Земли по данным эксперимента PAMELA, полученным за весь период его проведения, с использованием усовершенствованных алгоритмов обработки данных и выделения событий.

ВВЕДЕНИЕ

Изучение потоков заряженных частиц в околоземном космическом пространстве является одной из важнейших научных задач, связанных с исследованием механизмов генерации вторичных частиц, их захвата, движения и энергетических потерь в различных областях магнитосферы, а также расчета радиационной обстановки. Основным механизмом наполнения радиационных поясов является распад нейтронов альбедо. Согласно так называемому процессу CRAND (распад нейтронов альбедо космических лучей) [1, 2] часть вторичных нейтронов покидает атмосферу и распадается в магнитосфере Земли на протоны, которые могут оказаться захваченными. Механизмы генерации потоков вторичных частиц распространяются на образование и захват магнитным полем Земли античастиц. В частности, для антинейтронов и антипротонов справедлив механизм CRANbarD аналогично механизму CRAND, а также не исключается процесс генерации антипротонов от прямого рождения протон-антипротонных пар в атмосфере [3, 4].

В 2011 г. по результатам измерений эксперимента ПАМЕЛА были впервые обнаружены вторичные антипротоны, в т.ч. захваченные во внутреннем радиационном поясе и измерен их энергетический спектр в энергетическом диапазоне от 60 до 750 МэВ [5]. В данной работе был получен улучшенный результат с применением усовершенствованных алгоритмов обработки экспериментальных данных, полученных за весь период проведения эксперимента ПАМЕЛА.

ЭКСПЕРИМЕНТ ПАМЕЛА

Спутник Ресурс-ДК1 со спектрометром ПАМЕЛА на борту был запущен на орбиту 15 июня 2006 г. и проработал до января 2016 г. Прибор ПАМЕЛА состоит из набора детекторных систем (системы антисовпадений, времяпролетной и магнитной трековой системы, калориметра, нейтронного и сцинтилляционного ливневого детектора), предназначенных для идентификации типа частицы (электронов и позитронов, антипротонов, изотопов водорода и ядер гелия, более тяжелых ядер), измерения величины и знака заряда, жесткости, скорости и энергии частиц. Подробное описание научной аппаратуры и условий проведения эксперимента можно найти в работе [6].

ИДЕНТИФИКАЦИЯ АНТИПРОТОНОВ

Особенность работы заключается в преимущественном использовании информации от калориметра прибора PAMELA, эффективность которого на протяжении всего полета оставалась постоянной, что позволит включить в анализ как можно больше событий. Для создания методики восстановления треков частиц и античастиц в калориметре было проведено моделирование низкоэнергетических антипротонов, останавливающихся и аннигилирующих в веществе этого детектора с помощью программы на основе Geant4, разработанной коллаборацией PAMELA. Алгоритм восстановления треков основан на методах компьютерного зрения и обработки цифровых изображений, построенных из отклика всех стрипов калориметра. Благодаря этому удалось восстановить траекторию влетающего в калориметр антипротона, треки вторичных частиц в топологии типа “звезда”, точку остановки и другие параметры взаимодействия. Подробное описание метода восстановления треков антипротонов описано в статье [7].

Идентификация антипротонов проводилась при помощи многомерного анализа данных, основанного на признаках, характеризующих процесс аннигиляции. Подробно он описан в статье [8].

РЕЗУЛЬТАТЫ

На рис. 1 приведены зависимости потока антипротонов во внутреннем радиационном поясе от кинетической энергии, полученные ранее (крестики) [5] и в рамках данной работы (точки). Увеличение статистики позволило уменьшить погрешности на графике, сделать уже энергетические интервалы и немного расширить энергетический диапазон. Следует отметить, что использованная в данной работе методика отличается от использованной в публикации 2011 г., тем самым независимо подтверждая предыдущий результат.

Рис. 1.

Поток антипротонов в радиационном поясе по данным эксперимента ПАМЕЛА.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе приводятся предварительные результаты измерения дифференциального энергетического спектра антипротонов во внутреннем радиационном поясе по данным эксперимента ПАМЕЛА при обработке научной информации полученной за 2006–2016 гг. Благодаря рассмотрению всего объема данных и использованию усовершенствованных алгоритмов анализа и идентификации событий удалось увеличить статистику зарегистрированных антипротонов и расширить энергетический диапазон наблюдений.

Исследование выполнено за счет средств Российского научного фонда (проект № 19-72-10161).

Список литературы

  1. Gordon C.W., Canuto V., Axford W.I. et al. The Earth: 1 – The upper atmosphere, ionosphere and magnetosphere. V. 1. N.Y.: Gordon & Breach, 1978. P. 303.

  2. Albert J.M., Ginet G.P., Gussenhoven M.S. // J. Geophys. Res. 1998. V. 103. No. 5A. P. 9261.

  3. Fuki M. // Int. J. Mod. Phys. 2005. V. 20. No. 29. P. 6739.

  4. Selesnick R.S., Looper M.D., Mewaldt R.A. et al. // Geophys. Res. Lett. 2007. V. 34. P. 20.

  5. Adriani O., Barbarino G., Bazilevskaya G.A. et al. // Astrophys. J. 2011. V. 737. L. 29. P. 5.

  6. Picozza P., Galper A.M., Castellini G. et al. // Astropart. Phys. 2007. V. 27. P. 296.

  7. Роденко С.А., Майоров А.Г., Малахов В.В. и др. // Яд. физ. и инж. 2018. Т. 9. № 5. С. 466.

  8. Malakhov V.V., Mayorov A.G., Rodenko S.A. // J. Phys. Conf. Ser. 2017. V. 798. No. 1. Art. No. 012020.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Известия РАН. Серия физическая

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал