Основные результаты эксперимента "ПАМЕЛА" по темной материи

1. Основные результаты эксперимента "ПАМЕЛА" по темной материи А.М. Гальпер (НИЯУ МИФИ) 22 сентября 2010г. Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого

2. Оглавление • Формирование научной задачи: изучение природы темной материи. • Магнитный спектрометр «ПАМЕЛА». • Проведение измерений на КА «Ресурс ДК1». • Обработка телеметрической информации. • Основные результаты. • Интерпретация (темная материя). • Литература. Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого

3. Коллаборация «ПАМЕЛА» Italy: CNR, Florence Bari Florence Frascati Naples Rome Trieste Germany: Sweden: Siegen KTH, Stockholm Russia: Moscow Moscow St. Petersburg Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого

4. Основные задачи проекта «РИМ-ПАМЕЛА» • Поиск антивещества; • Изучение природы темной матери • Изучение процессов генерации и распространения высокоэнергичного галактического космического излучения • Изучение процессов генерации солнечных космических лучей и солнечной модуляции • Исследование околоземного космического пространства • Изучение спектров электронов сверхвысокой энергии (поиск локальных источников КЛ)‏ Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого

5. Проявление скрытой массы Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого

6. Проявление скрытой массы Распределение скоростей объектов в нашей Галактике (W. de Boer et al) Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого

7. Модель Вселенной Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого

8. Проявление скрытой массы Large Scale Structure Large Scale Structure Кластеры галактик Микроволновый фон Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого

9. Модель развития структур темной материи t~1 млрд лет t~3,5млрд лет t~14млрд лет Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого

10. Основные результаты последних исследований в космологии total= Λ+ M ~70% ~25% М=CDM+В ~5% Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого

11. Основные результаты последних исследований в космологии Очень легкие (m ≤ eV)‏ axion Модель суперсимметрии The lightest stable particle (LSP) – neutralino (χ)‏ Кандидаты (dark matter)‏ Очень тяжелые (m ≥ 100 GeV) WIMP Модель многомерного пространства The lightest stable particle (LKP) – Kaluza-Klein particle (B1)‏ Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого

12. Суперсимметричные частицы Наилегчайшая изсуперсимметричных частиц имеет массу 501000ГэВ При сохранении R-четности не распадается на обычные частицы Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого

13. Легчайшая частицы Калуцы-Кляйна(LKP): B(1) Частицы Кулуцы-Кляйна (многомерное пространство) Бозонная темная материя В конечном состоянии образуется два лептона Как и в случае нетралино, существует однопетлевая диаграмма, образующая моноэнергичную пару γγ в конечном состоянии Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого

14. Изучение природы темной материи Прямые методы Регистрация взаимодействия WIMP с обычным веществом. Косвенные методы Регистрация продуктов аннигиляции WIMP B1 + B1 → e+ + e –, γ + γ, .... Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого

15. Слабовзаимодействующие массивные частицы (WIMP) • Обладают гравитационным взаимодействием • Интенсивность взаимодействия не выше слабого • Стабильные (???) • Имеют значительную массу Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого

16. Аннигиляция нейтралино Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого

17. Античастицы в космических лучах Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого

18. Первичные космически лучи ~500 km Небольшой детектор, но продолжительное время ~40 km Верхняя атмосфера Большие детекторы, но толщина остаточной атмосферы ~5 г/см2, что ведет к подавлению первичных потоков ~5 km 0 m Ground Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого

19. Прямые методы регистрации частиц темной материи Результаты эксперимента DAMA\NaI (подземный эксперимент Gran Sasso) Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого

20. Прямые методы регистрации частиц темной материи Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого

21. Диффузное гамма излучение(W. de Boer et al) Желтым цветом показан поток гамма-излучения, рассчитанный по общепринятой модели КЛ. Красным цветом отмечен возможный вклад отаннигиляции скрытой массы в виде нейтралино. Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого

22. Потоки антипротонов и позитронов(W. de Boer et al) Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого

23. Распределение скрытой массы в Галактике с учетом колец. (W. de Boer et al) «Колокообразная» часть распределения плотности скрытой массы в Галактике кольца скрытой массы R R z Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого

24. ATIC: измерение электрон-позитронной компоненты КЛ • Линии рассчитаны при помощи пакета программ GALPROP • Избыток частиц при 300-600 ГэВ Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого

25. Ожидаемы поток антипротонов за 3 года проведения эксперимента «ПАМЕЛА» Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого

26. Ожидаемое позитрон/электрон+позитронное отношение за 3 года проведения эксперимента «ПАМЕЛА» Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого

27. Физическая схема магнитного спектрометра ПАМЕЛА 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; МАГНИТНЫЙ СПЕКТРОМЕТР ПАМЕЛА 1, 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. Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого

28. Общий вид спектрометра ПАМЕЛА Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого

29. Ресурс-ДК №1. «ЦСКБ-Прогресс» Параметры рабочей орбиты: - наклонение орбиты 700 - минимальная высота орбиты 350 км - максимальная высота орбиты 600 км Срок активного существования 3 года Масса полностью собранного и заправленного КА ~6550 кт Максимальная длина КА 7930 мм Максимальный диаметр КА, 2720 мм Площадь солнечной батареи 36м2 Комплексная двигательная установка Антенна командно-измерительной системы Батарея солнечная Антенна бортового синхронизирующего координатно-временного устройства Агрегатный отсек Гермоконтейнер с НА "ПАМЕЛА" Приборный отсек Специальный отсек Приборный Гермоконтейнер, «АРИНА» Радиатор-охладитель Блок определения координат звезд Оптико-электронная аппаратура Антенное устройство высокоскоростной радиолинии Инфракрасный построитель местнойвертикали Антенна командно-измерительной системы Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого

30. Запуск «Ресурс-ДК» №1 Космодром Байконур,15 июня 2006 г. Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого

31. Передачаданных • Собственная память ПАМЕЛЫ (2GB) • 1 событие = 5Кб • Передача информации в бортовую память • 8 –10 раз в день ~16 – 20 GB • Сброс информации на наземную станцию 3-4 раза в день • Ошибки при передачи <10-8 • Наземная станция приема: Научный центр оперативного мониторинга Земли (НЦ ОМЗ, Отрадное, Москва) Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого

32. Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого

33. Характеристики орбиты 350 km БМА 70o 610 km • Эллиптическая квазиполярная(наклонение 70o) • 350-600 км • Пересекает Бразильскую магнитную аномалию (БМА) Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого

34. Потоки частиц в радиационном поясе Земли (БМА) Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого

35. Пример события Экспериментальные результаты: 0.763 GeV/c Аннигиляция антипротона Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого

36. Пример события Экспериментальные результаты: 84 GeV/c Аннигиляция антипротона Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого

37. Пример события Экспериментальные результаты: 93 GeV/c Аннигиляция позитрона Flight data:93 GeVPositron Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого

38. Пример события Экспериментальный результаты: 36 GeV/c Взаимодействие протона Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого Mirko Boezio, CERN, 2008/10/28

39. Выделение частиц Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого

40. ANTIMATTER Annihilation of Exotic Particles Collision of High Energy Cosmic Rays with the Interstellar Gas Cosmic Rays Leaking Out of Antimatter Galaxies e - p p p p Evaporation of Primordial Black Holes e+ e+ e+ e+ He e - Antimatter Clumps In the Milky Way e+ e+ Pulsar’s magnetospheres ISMD 2009, Gomel, September, 2009

41. Поиски антивещества Отношение ядер антигелия к гелию Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого

42. Изучение природы темной материи Отношение потоков антипротонов и протонов Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого

43. Изучение природы темной материи Спектр антипротонов • PAMELA Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого

44. Коэффициенты режекции протонов при выделении электронов и позитронов с энергией более 100 ГэВ Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого

45. Изучение природы темной материи Отношение позитронов к электронам Вторичное происхождение Москаленко-Стронг (1998) Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого

46. Изучение природы темной материи Отношение позитронов к электронам Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого

47. Изучение природы темной материи Отношение позитронов к электронам Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого

48. Основные экспериментальные результаты Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого

49. Спектр электронов Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого

50. Суммарный электрон-позитронный поток Международная Школа НИЯУ МИФИ по теоретической физике им. В. М. Галицкого