De Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) samenwerking, een grote groep onderzoekers van CERN en andere instituten wereldwijd, heeft onlangs een reeks precisiemetingen gepresenteerd van de eigenschappen van kosmische heliumisotopen ³ hij en ik ⁴ Hij. Deze metingen zijn verzameld door de AMS, een spectrometer op het International Space Station (ISS).

"Helium is een van de meest voorkomende elementen in kosmische straling, "Albert Oliva, een van de onderzoekers die het onderzoek heeft uitgevoerd, vertelde Phys.org. "Het wordt gemaakt door twee isotopen, de helium-4 en helium-3."

helium-4, of ⁴ Hij, is een heliumisotoop die voornamelijk werd geproduceerd in de eerste drie minuten na de oerknal en in stellaire nucleosynthese, dat is het ontstaan ​​van chemische elementen als gevolg van kernfusiereacties in sterren. Astrofysische versnellers, zoals supernova explosie schokgolven, versnellen deze isotoop tot hoge energie.

Helium-3 of ³ Hij, anderzijds, wordt over het algemeen geproduceerd door de interactie van versnelde ⁴ Hij isotopen met de materialen van onze melkweg. Identificatie van de verschillen tussen de energieafhankelijkheid van ³ hij en ik ⁴ Met isotopen kunnen onderzoekers algemene eigenschappen van de bronnen afleiden, evenals de versnelling en voortplanting van kosmische straling in de Melkweg.

"Heliumkernen kunnen ook grotere afstanden afleggen ten opzichte van zwaardere kernen, aangezien helium compacter is en minder interageert met het omringende materiaal, ' zei Oliva. 'Met helium, we kunnen dus eigenschappen van kosmische straling in een groter galactisch volume onderzoeken, met betrekking tot wat traditioneel is gedaan met zwaardere kernen zoals boor en zuurstof."

Het meten van heliumisotopen in de AMS vereist het gebruik van een siliciumtracker, die het momentum van de binnenkomende kosmische straling bepaalt door de afbuiging in het magnetische veld van de AMS te meten, in combinatie met de meting van de snelheid van het Time-Of-Flight-systeem (TOF) bij lage energie of de Ring Imaging CHerenkov-teller (RICH) bij hoge energie. Al deze detectoren kunnen ook het atoomnummer meten en helium scheiden van andere kernen.

"De TOF meet de snelheid van een deeltje tegen de tijd die het deeltje nodig heeft om door twee scintillatievlakken te gaan die ongeveer een meter van elkaar zijn gescheiden, terwijl RICH de snelheid van een deeltje meet door de detectie van de lichtring die wordt geproduceerd door hoogenergetische deeltjes die de RICH-straler doorkruisen met een snelheid die sneller is dan de lichtsnelheid in dat medium, d.w.z. door het Cherenkov-effect, ' legde Oliva uit.

Door momentum en snelheid onafhankelijk te meten, de AMS-spectrometer kan nauwkeurig scheiden ³ hij en ik ⁴ hij isotopen, hun spectra bepalen. In hun studie hebben Oliva en zijn collega's presenteerden de metingen verzameld door de AMS-spectrometer, die specifieke eigenschappen van de twee heliumisotopen benadrukken.

De onderzoekers merkten op dat ³ hij en ik ⁴ Hij fluxen vertonen bijna identieke variaties in de tijd en dat de relatieve grootte van deze variaties afneemt met toenemende stijfheid. De AMS-spectrometer verzamelde de eerste metingen van de stijfheidsafhankelijkheid van de ³ Hij/ ⁴ De fluxverhouding en deze metingen onthulden dat de verhouding een langdurige tijdsafhankelijkheid heeft, toch wordt het tijdonafhankelijk boven 4GV.

"De meting die we uitvoeren vergroot de kennis van ³ hij en ik ⁴ Hij naar hogere energieën (een factor twee hoger dan eerdere experimenten) en voor het eerst konden we waarnemen dat de verhouding in de stijfheid van ³ hij en ik ⁴ Hij volgt een eenvoudige machtswet, een waarneming die onderscheid kan maken tussen verschillende modellen voor de voortplanting van kosmische straling, " zei Oliva. "We waren ook in staat om te zien dat de zonneactiviteit invloed kan hebben op de ³ hij en ik ⁴ Hij spectra op een andere manier, een resultaat dat nog nooit eerder is gezien."

De metingen gepresenteerd door Oliva en de rest van de AMS-samenwerking bieden nieuwe interessante inzichten over de eigenschappen van ³ hij en ik ⁴ hij isotopen, die belangrijke implicaties kunnen hebben voor toekomstig astrofysisch onderzoek naar de productie en voortplanting van kosmische straling. Opmerkelijk, uit deze metingen bleek dat de ³ Hij/ ⁴ De stijfheidsafhankelijkheid van de fluxverhouding kan worden beschreven door een enkele machtswet, wat in overeenstemming is met B/O en B/C spectrale indices bij hoge energieën.

"De studie van isotopen in kosmische straling (bijv. proton, deuteron, lithium-6 en lithium-7, beryllium-7, beryllium-9 en beryllium-10) die maximaal gebruikmaken van de gecombineerde kracht van Tracker, TOF en RICH zullen nog veel meer kunnen vertellen over de productie en verspreiding van kosmische straling, evenals effecten afkomstig van de zonnemodulatie, "Zei Oliva. "Misschien zullen we iets vinden dat we helemaal niet verwachten, zoals het gebeurt wanneer je gaat waar geen andere metingen eerder hebben bereikt."

© 2019 Wetenschap X Netwerk